四川大学物理学院首次在功率半导体领域最高学术会议ISPSD发表论文

近日，第37届国际功率半导体器件与集成电路国际会议（International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs,ISPSD 2025）在日本熊本市举行。ISPSD是业界公认的功率半导体器件与功率集成电路领域的“奥林匹克会议”，是功率半导体领域的最高学术会议。本次会议中，四川大学物理学院微电子教学研究中心的微电子抗辐照与可靠性团队的董小平博士以第一作者、黄铭敏副教授和马瑶副教授为共同通讯作者发表了题为《Study on Differences in Single-Event LeakageCurrent of Planar-Gate and Asymmetric Trench-Gate SiC MOSFETs》的论文。这是四川大学首次以第一作者单位在ISPSD会议上发表论文。

黄铭敏（左）和董小平（右）

功率半导体器件是电能转换的“CPU”，其不仅是新能源汽车、新能源发电、储能、轨道交通、机器人、AI服务器等新兴领域的核心芯片之一，也是航天器（卫星、空间站等）的电源系统和电推进系统的核心芯片。在未来深空探测、航空航天的发展中，抗辐照的宽禁带功率半导体器件将备受期待。

依托于四川大学物理学院的微电子技术四川省重点实验室、辐射物理及技术教育部重点实验室，微电子抗辐照与可靠性团队长期致力于宽禁带半导体器件（SiC、GaN、Ga₂O₃功率半导体器件）的辐照效应及抗辐照加固技术、新型高可靠性功率半导体器件的研究，近些年在该领域连续承担了多项国家级、省级项目以及多项企事业单位横向项目。该论文是该团队近期的重要研究成果之一。

论文基于辐照实验深入对比研究了平面栅（PG）与非对称沟槽栅（ATG）SiC MOSFET的单粒子辐照效应，其中主要工作有：（1）通过标定5个级别的退化/失效，得到ATG结构的单粒子漏电（SELC）电压比PG结构高约125 V；（2）首次基于阻断I-V推测了在低偏置电压和高偏置电压下的辐照损伤分别主要在漂移区底部和漂移区顶部；（3）基于导通I-V提取了辐照前后的阈值电压和沟道电子迁移率变化率，发现ATG结构的沟道电子迁移率几乎不受辐照影响而PG结构的沟道电子迁移率降低可超过10%；（4）利用校准的TCAD仿真深入分析了两种结构的栅极SELC效应和源极SELC效应差异的内在机理，认为寄生BJT的开启并非两种结构出现差异的主要原因，而电流分布差异应当起到了重要作用；（5）探讨了ATG结构的多种加固方案，认为加厚底部栅氧厚度是兼顾其它电学特性的有效且可行的方案，其中将底部栅氧厚度增加2倍预计可将栅极SELC电压提升1倍。

两种SiC MOSFET的单粒子辐照耐受能力（左）及辐照前后的阻断I-V（右）

辐照前后阈值电压和沟道电子迁移率变化量（左）及ATGSiC MOSFET的加固方案和仿真结果（右）

栅极SELC机理分析（左）及源极SELC机理分析（右）