高效电源转换公司空间部门在先前的文献中已经证明了增强型氮化镓高电子迁移率晶体管的可靠性，这篇文章的目的是更全面地表征这些HEMTs的单粒子效应响应，同时改变重离子入射器件时的穿透角度。

为了允许离子从所有角度穿透到器件的有效区域，研究使用了NASA空间辐射实验室的加速器。采用了147 MeV/n的铋离子，并通过不同厚度的降能器，目标是在GaN有效体积内实现约83 MeV/mg*cm-2的标称线性能量传输。

通过实时监测被测EPC7系列器件的栅极和漏极漏电流，我们确定了其对单粒子烧毁和单粒子栅击穿的敏感性。研究了多种入射角度，包括正面和背面。

在单粒子效应暴露后，施加了高温栅偏压和高温反向偏压测试，以评估重离子辐照是否降低了器件的长期可靠性。

背面测试与正面测试

测试在芯片的背面和正面进行。在两种情况下，都使用了NSRL Stack Up和SRIM工具，以在器件的GaN层上实现等效的LET。

在设置测试期间，所有器件都承受了远高于标称100V的电压。然后，为了确认最大额定生存能力，对几个器件施加了1×10⁷粒子/平方厘米的注量照射。未观察到离子从芯片背面和正面穿透之间的差异。

图1

图1显示了EPC7系列器件的漏极和栅极漏电流。表1列出了测试前后的参数数据。

表1

后HTRB/HTGB测试

在EPC空间部门的设施中，后续对器件依次施加了HTRB和HTGB条件：

首先，器件在150°C下承受额定漏极偏压80%的HTRB条件约60小时。

测试后，器件在150°C下承受+5V的HTGB条件约50小时。

最后，再次测试器件，并进行357小时寿命HTRB测试。

图2显示了根据测试结果绘制的参数数据图表。未观察到意外的参数漂移。由于SEE测试导致的漏-源电流增加情况，其数值从测试后极限值有所下降，但未恢复到初始值。

图2

角度测试

随后，从背面以不同角度对器件进行照射，以确认是否对SEB性能有任何影响。角度设置考虑了平行于栅极、漏极和源极的方向。

因此，为了在GaN敏感层上提供尽可能一致的LET，调整了降能器厚度以补偿在不同角度下离子穿过背面硅基板的额外路径长度。使用了短时辐照和步进升压方法来确认失效起始点。

器件4B

通过在45°角下进行短注量照射，将器件4B的电压逐步升至2×10⁶粒子/平方厘米，确定了漏电流增加的起始点。

当器件在180V下工作时，观察到一些影响;在200V无束流照射时，器件发生了灾难性失效。鉴于这是器件的正常击穿点，这些效应更可能是由正常的过压失效引起，而非任何SEB损伤。

图3的结果显示，随着目标LET与器件上层之间的角度增加，漏电流没有增加。同样，离子在这些上层中的LET也远低于垂直入射时的值。

在正面角度测试中，由于顶层足够薄，LET并未受到角度的显著影响，因此降能器厚度保持与垂直测试时相同。

器件6F、7F、8F和9F

对于器件6F，使用2×10⁶粒子/平方厘米的短注量照射逐步升压，在180V时发生了灾难性结果，这归因于器件的峰值电压能力和缺乏雪崩电压额定值。

如图3所示的正面测试结果，当器件上层的LET接近GaN层的目标LET时，漏电流增加。

图3

随后，对引线键合器件进行了90°角测试，此时器件的有效正面暴露在PCB上。

分析了平行于栅极和垂直于栅极的两个轴。首先，在125V阈值下，用器件7F探索了平行轴。无论使用降能器进行表面穿透还是不用降能器进行毫米级芯片穿透，均未观察到漏电流增加或SEB的证据。

接下来，在相同条件下探索了垂直轴，结果在暴露于束流后立即发生了SEB，如图4所示。

图4

随后，使用第三个器件逐步增加漏极电压，以确定在垂直轴上发生SEB的起始点。

器件起始电压为50V，每次辐照后电压增加10V，直至在90V时观察到失效。

虽然该器件似乎未出现与垂直角度测试相同类型的漏电流增加，但发生了一系列类似SEB的事件，这些事件造成了轻微但非灾难性的损伤，直到电压达到90V水平。

垂直轴测试的失效分析

在芯片正面，器件7F和8F在一个或两个漏极焊盘上显示了由单点桥接引起的烧毁痕迹，图5显示了两者去层后的情况。

图5

测试结果

芯片背面与正面漏电流测试

在芯片背面和正面进行的栅极和漏极漏电流测试表明，器件能够承受显著高于标称100V的过压，且两侧穿透之间未观察到差异。

背面

在背面器件暴露于HTRB和HTGB条件期间，参数数据保持稳定，未观察到显著偏差。唯一值得注意的变化是IDSS的增加，这是由SEE测试引起的。此增加值随后从其最大值下降，但稳定在一个低于初始值的水平。

从背面进行角度测试时，首先在45°角下注意到漏电流增加。器件在180V下显示出轻微异常，并在200V无束流照射时发生灾难性失效。由于这是器件的正常击穿点，因此结论是这些失效由正常过压引起，而非SEB损伤。

正面

在正面角度测试中，当器件上层的LET与GaN层的目标LET相匹配时，漏电流增加。此条件导致器件在180V时发生灾难性失效，归因于器件固有的峰值电压限制和缺乏雪崩额定值。

在90°正面测试中，在125V下探索平行于栅极的轴时，未观察到漏电流增加或SEB。然而，在相同条件下探索垂直于栅极的轴时，暴露于束流后立即发生了SEB。

当通过逐步增加电压来分析垂直于漏极的轴时，直至90V发生了一系列轻微、非灾难性的类似SEB事件。相比之下，其他器件在暴露于束流时则表现出立即的SEB和烧毁损伤。