科学|GaN晶体管在太空中将大有作为
翻译自——EEtimes
氮化镓功率晶体管是功率和射频应用的理想选择 ， 也可支持极端空间任务 。 通过全新的eGaN解决方案 ， EPC Space保证了辐射硬度性能和SEE(单事件效应)免疫力 ， 该设备是专门为商业卫星空间的关键应用而设计 。 这些器件具有极高的电子迁移率和极低的RDS(on)值的低温系数 。
EPC Space.CEO Bel Lazar 表示：“EPC Space是VPT和EPC之间的合资企业 。 VPT在航空电子、军事、空间和工业应用领域的功率转换领域处于领先地位 ， 而EPC在基于GaN的功率转换技术领域占据领先 。 EPC Space是Freebird半导体的继任者 ， 建立于2015年 。 ”
现代通信卫星的结构设计优化了将其置于适当轨道的过程 ， 并更好地发挥其功能 。 中心是大部分电子设备、推进系统和相关油箱的位置 。
在环绕地球的轨道上的各种卫星和在最遥远地区的探测卫星上的电子设备不断地暴露在伽马射线、中子和重离子中 。 其中的空间辐射流主要由85%的质子和15%的重原子核组成 。 辐射的影响会导致器件性能的退化、中断和不连续 。
这种轰击可以以多种方式破坏半导体 ， 包括晶体的破坏 。 尤其它可能会在非传导区引起陷阱 ， 或者产生一团电子空穴对 ， 通过产生短路使设备的运行不平衡 。 在eGaN装置中 ， 来自太空的高能粒子不会产生瞬时短路 ， 因为电子空穴对不会产生 。
空间辐射
带电粒子和伽马射线产生电离作用 ， 可以改变设备的参数 。 这些变化是根据总电离剂量参数(TID)估计的 。 吸收的电离剂量通常用Rads来测量 ， 即每克物质所吸收的能量为100ergs 。 卫星任务的持续时间可以长达数年 ， 因此可以积累较大的TID值 。 一些深空任务需要10兆Rads ， 硅不能支持它们 。 抗雷达强度要求决定了电子元件从头设计以承受辐射的影响 。
本文插图
上图是一个典型的硅MOSFET的横截面 。 它是一个垂直装置 ， 源极和栅极在上表面 ， 漏极在下表面 。 栅极与沟道被一层二氧化硅隔开 。 在硅基MOSFET中 ， 辐射通过触发栅极中的正电荷来破坏氧化物基上的电子 ， 从而降低阈值电压 ， 直到晶体管从正常关闭(或增强模式)到正常打开(或耗尽模式)状态 。 为了达到等效的操作 ， 你将需要一个负电压来关闭MOSFET 。
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单事件栅断裂(SEGR)在MOSFET中由高能原子在栅氧化层上产生高的瞬态电场 ， 导致栅氧化层破裂 。
高能粒子通过产生大量电子对和空穴而失去能量 。 后者会在设备中引起瞬间短路 ， 从而破坏设备 。 在某些情况下 ， 它甚至会对其他组件造成损害 ， 在这种情况下 ， 会引用单个事件颠覆(SEU) 。
EPC CEO Alex Lidow：“粒子避开了门极,告诉通过了设备的另一部分, 这个粒子的能量不仅造成晶体损害 ， 但它也造成了巨大的电子和空穴云,在这一过程中,设备将出现瞬时短路 。 我们称之为单事件颠覆 。 ”
eGaN晶体管
与硅MOSFET相比 ， 增强模式的GaN (eGaN)器件拥有不同的构造 。 所有三个端子都位于顶部表面 。 在硅MOSFET中 ， 源极和栅极之间的传导通过将栅电极从零伏极化到正值(5V)来调节 。 栅极与下面的通道被一层氮化铝和镓隔开 。 当受到伽马辐射时 ， 这一层不会累积电荷 。
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Alex Lidow：“氮化镓本身就是总剂量的辐射 ， 这是整个设备寿命积累的辐射 。 然而 ， 为了能够承受单一的事件 ， 你必须设计一种不同于商业设备的产品 。 ”
“在氮化镓器件中 ， 我们没有氧化物 。 所以不存在单一的事件——门极破裂 。 在GaN中没有空穴可传导 ， 所以没有单一的事件被扰乱 。 ”
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