在X射线辐照下，负偏压应力下MIS-HEMT温度依赖性机制的分析

X射线辐照下MIS-HEMT负偏压应力实验表明阈值电压负偏移与温度升高呈反向趋势，而导通电流显著下降，源于Si3N4层预缺陷被辐照激活形成可移动缺陷。温度升高时，门极注入电子与缺陷复合产生的空穴形成竞争机制，削弱了阈值电压的负偏移效应。通过正门偏压恢复实验和TCAD模拟验证了辐照缺陷的电子注入特性，揭示了温度依赖性物理机制。

　　

摘要：

在本研究中，我们将金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMT）置于负偏压应力（NBS）下，并对其进行X射线辐照，以探讨负栅压、温度变化和辐射暴露的综合影响。研究结果表明，在X射线辐照下，阈值电压（Vth）随温度升高的变化趋势与非辐照条件下的趋势相反。然而，导通电流（Ion）随温度升高而减小，显示出更严重的退化现象。分析表明，这种相反的阈值电压变化趋势主要是由于X射线辐照导致Si3N4层中的前驱体发生去钝化作用。随着温度的升高，栅极注入的电子与退化产生的空穴之间的竞争机制缓解了阈值电压的负向变化。此外，导通电流的变化主要归因于栅极场板（G-FP）的电子注入，进一步证实了X射线在Si3N4层中产生了缺陷。此外，在恢复阶段和TCAD模拟实验中采用了正栅压来验证载流子注入行为，单脉冲测量结果也进一步支持了X射线诱导缺陷的存在。本研究提出了一种在NBS条件下受X射线辐照时的温度依赖性物理机制，旨在扩展D型MIS-HEMT在高辐射环境中的应用范围。

引言

近年来，基于氮化镓（GaN）的高电子迁移率晶体管（HEMT）因其出色的功率密度和工作频率而被广泛应用于功率开关和射频领域[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8]。由于GaN HEMT具有优异的辐射抗性，它们被广泛应用于低地球轨道（LEO）卫星的太空通信[9]。为了在轨道上有效运行，这些设备必须能够承受各种类型的宇宙辐射的损伤，包括X射线、γ射线、质子和太阳耀斑产生的电子[10]。研究这些设备的可靠性和失效机制对于推动太空技术的发展和商业化至关重要。