摘要
屏蔽栅MOSFET（ShieldedGateTrenchMetal-Oxide-SemiconductorFieldEffect
Transistor,SGTMOSFET）作为中低压功率器件的代表，具有功率损耗低、开关速
度快的优点，但其在航空航天领域的应用却受到了辐射效应的制约。然而，目前国
内外关于SGTMOSFET的总剂量辐射（TotalIonizingDose，TID）效应的研究还
非常有限，因此本文通过实验和仿真的方法对SGTMOSFET的总剂量辐射效应机
理做出了探究，建立了失效模型，并据此提出了抗辐射加固措施。本文的主要工作
内容与成果如下：
首先，通过对SGTMOSFET的总剂量辐射效应进行系统的实验研究，明确了
其阈值电压、导通电阻及击穿电压在经受总剂量辐射之后的变化规律。
然后，利用SentaurusTCAD软件对SGTMOSFET的总剂量辐射退化进行了
仿真分析。结果表明，SGTMOSFET受总剂量辐射影响最严重的退化行为是阈值
电压和击穿电压的大幅降低。其中，阈值电压受总剂量辐射影响而线性减小，击穿
电压随辐射剂量的增大出现了“慢-快-慢”的退化趋势。根据仿真结果和理论分析
对器件电学参数受辐射而退化的原因做出了解释。基于二维泊松方程，建立了辐致
电场再分布解析模型，为器件的击穿电压抗辐射加固提供理论指导。
接着，在实验和理论研究的基础上，提出了SGTMOSFET抗总剂量辐射加固
方案。从结构参数改良的角度分别提出了降低栅氧化层厚度、降低屏蔽栅氧化层厚
度及降低漂移区掺杂浓度这三种加固措施。其中，降低栅氧化层厚度能抑制总剂量
辐射后的阈值电压下降，而根据辐致电场再分布模型得出的后两种方法对击穿电
压退化现象有改善作用。除此之外，根据理论推导提出了一种具有均匀轻掺杂的缓
冲层（BufferLayer）与线性掺杂的漂移区（LinearlyDopedDriftRegion）的新结构
BLD（BufferaboveLinearDrift）-SGTMOSFET。相比简单地降低漂移区掺杂浓度，
BLD-SGTMOSFET结构不仅能更好地抑制总剂量辐射后的击穿电压退化，还在导
通电阻方面具有明显的优势。与同等导通电阻的常规SGTMOSFET相比，BLD-
SGTMOSFET实现了2倍的击穿电压抗辐射能力。为了探究BLD-SGTMOSFET
结构加固方法的稳定性，分别研究了漂移区掺杂浓度梯度k、Buffer层厚度Ld1以
及Buffer层掺杂浓度Nd1对该结构基本性能和抗辐射能力的影响。最后，从工艺优
化的角度给出了后栅氧工艺及牺牲氧化法，有利于获得缺陷更少的氧化层。
关键词：总剂量辐射效应，屏蔽栅MOSFET，阈值电压，击穿电压，抗辐射加固
ABSTRACT
ShieldedGateTrenchMetal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor(SGT
MOSFET),asarepresentativeofmediumandlowvoltagepowerdevices,hasthe
advantagesoflowpowerlossandfastswitchingspeed.However,theresearchonthe
TotalIonizingDose(TID)effectofSGTMOSFETsathomeandabroadisstillveryrare.
Therefore,thisthesisexploresthemechanismoftotalionizingdoseeffectofSGT
MOSFETbymeansofexperimentsandsimulations,establishesafailuremodel,andputs
forwardanti-radiationreinforcementmeasuresaccordingly.Themaincontentsand
achievem