化合物半导体器件的辐射效应.
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Si器件高很多。 用途：自1976年问世以来发展迅速，从微波低噪声放大 器件到微波功率器件，从厘米波到毫米波器件，广 泛用于航天、通信、雷达、电子对抗等各种领域。
GaAs MESFET的总剂量电离辐射效应
由于不存在MOSFET那样的栅SiO2,因此总剂量电离辐射 效应影响较小，很多实验证实， GaAs MESFE的耐总剂 量电离辐射能力可以达到107rad以上。
GaAs MESFET的DLTS谱
下图示出GaAs MESFET的DLTS谱随中子辐射注量的变 化。经Фn=3x1015n/cm2及Фn=1x1016n/cm2辐照以后，形成 了二个窄峰：U带（240K）及EL2（375K）。这些陷阱可 造成载流子的去除（ND）下降。
ND 同Фn 的关系
ND＝Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0[1－（β/ND0）Фn] ND0为辐射前的载流子浓度，β为损伤系 数,适当提高沟道外延层的掺杂浓度ND ， 可以提高GaAs MESFET的抗中子能力。
AlGaAs/GaAs HBT的结构及优点
异质结双极晶体管由 宽带隙（例如Eg=1.8ev） 的AlGaAs作发射极,窄 带隙的 GaAS(Eg=1.43ev)作基 极。在发射极—基极 处产生带隙差ΔEg。 （例如ΔEg=0.37ev）。 结构见右图。
异质结双极晶体管的电流放大系数 β
异质结双极晶体管的电流放大系数 β可用下式表示： β=(Ne/P=)(νnb/νpe)exp(ΔEg/KT) Ne，Pb分别为发射区及基区多子浓度 νnb，νpe分别为在发射区及基区的平均速度， 对于同质结双极晶体管，ΔEg=0，β主要由Ne/Pb决定, β要大，Ne必须 》Pb。 对于异质结双极晶体管，β主要由ΔEg决定，Pb可以》Ne， 仍可得到大的β。当Pb大了以后，基区电阻下降，同时Ne 减小，降低发射极电容，最终提高了晶体管的工作频率并 降低晶体管的低噪声。
AlGaAs/GaAs HBT的中子辐射效应
中子辐射使 E-B 异质结内的复合增加，从 而使HBT的 hF 有所下降。下图示出 Al GaAs/GaAs HBT的 hF 同中子注量的关 系。 在 1.3x1014 /cm2 中子注量辐照后，高 hF 器件的 hF 降低了25%，而低 hF 器件hF 仅 降低了7%。结果反应器件具有较好的耐中 子辐射能力。
AlGaAs/GaAs HBT的总剂量辐射效应
由于不存在MOS管中的 栅SiO2，同时基区可采用 高掺杂浓度，因而 AlGaAs/GaAs HBT有很好 的总剂量加固特性。 右图示出 AlGaAs/GaAs HBT总剂量辐照前后器件 的电流增益 hFE 同集电极 电流密度的关系。辐照后 hF最坏从132下降至120， 而在小电流范围， hF 基本 不变。
增益Gp同γ总剂量的关系
噪声系数N同γ总剂量的关系
GaAs MESFET的中子辐射效应
高能中子同GaAs晶格原子碰撞，使其离开平
衡格点—位移，产生“空位”及“间隙”，由此 引入缺陷中心和陷阱。它们起复合中心作用，使 少子寿命下降；吸收导带的自由载流子，使电阻 率增加；形成附加的电离散射中心，使迁移率降 低。
背栅瞬时辐射效应的加固措施
1．采用不掺铬的高纯GaAs 半绝缘衬底，消除陷阱能 级可以抑制背栅效应。 2．采用P型埋层（右上图） 屏蔽衬底电场对沟道的影 响，采用不掺杂的Al GaAs 缓冲层（弱P型）抑制背 栅的影响，其效果见右下 图。
GaAs MESFET集成电路的单离子效应
测试结果表明,GaAs MESFET IC对单离子 效应有较高的敏感性，一个IC的数据表明, 其误差为10-3误差/位· 每天。 测试发现未加固的MESFET其LET阈值很 低，小于1MeV cm2/g，这是一个比较低的 值。 加固方法：瞬态辐射加固的方法有利于 SEU的加固。
AlGaAs/GaAs HBT瞬态辐射效应
由于器件的基极宽度极小，器件同瞬态辐 射作用的有效敏感体积很小，即使在高剂 量率辐射时，产生的光电流也很小，因此， 器件具有良好的抗瞬态辐射能力。
光电子典型器件
半导体发光二极管（LED）的概述: 目前已生产的主要是用Ⅲ--Ⅴ族材料,包括 GaAs（红外900-940nm）; GaAsp(近红外-红 外630-900 nm）; Gap（红光700 nm，绿光560 nm）。 也可以用IV-IV族SiC(黄光)及 GaN(蓝光)
Gp 及NF 随 Фn 的关系
下图示出一个典型器件 Gp 及NF随Фn 的关系 适当选择栅压可以得到很高的耐中子辐射能力。
GaAs MESFET瞬态辐射效应
栅下耗尽区及附近的沟道区产 生电子空穴对，在电压作用下 形成瞬时辐射电流. 半绝缘衬底产生附加载流子， 从而形成衬底附加电流。 在掺铬的半绝缘衬底中，铬杂 质形成陷阱能级，陷阱俘获辐 射产生的电子，使衬底带负偏 压，它使沟道区变窄，因此漏 电电流突然下降，这种现象称 为“背栅效应”（见左图）。 瞬态辐射后，被俘获的电子逐 渐释放（几秒至几十秒），漏 电电流逐渐恢复到原始值（见 右图，X辐射，脉冲3ns， E=600KeV，γ`=3.3x1010(Si/s)
化合物半导体器件的 辐射效应
涉及的典型化合物半导体器件类型, 微电子器件: 单极器件—MESFET,双极器件—HBT 光电子器件: LED,LD,光探测器
微电子器件:
GaAs MESFET, 结构及输出特性
结构
输出特性
GaAs MESFET的工作原理、优点及用途
工作原理:多子器件(单极),电压控制,类似MOSFET,但输 入为金属同半导体接触的肖特基结 优点:由于、µ GaAs~6 µ Si, VGaAs(饱和)>2V Si（饱和） ，因此， GaAs MESFET的工作频率比同类
LED工作原理
在LED上加一正向偏压，降低n区同p区 之间的势垒，产生少子注入。电子从n到p， 空穴从p到n，在p-n结附近数微米内在P区及 n区内均有电子同空穴的复合，产生自发辐 射—发光。直接带隙具有高的发光效率适 于制作LED，某些间接带隙半导体，可通 过适当掺杂形成发光复合中心也可提高发 光效率。
GaAs MESFET的总剂量电离辐射效应
由于不存在MOSFET那样的栅SiO2,因此总剂量电离辐射 效应影响较小，很多实验证实， GaAs MESFE的耐总剂 量电离辐射能力可以达到107rad以上。
GaAs MESFET的DLTS谱
下图示出GaAs MESFET的DLTS谱随中子辐射注量的变 化。经Фn=3x1015n/cm2及Фn=1x1016n/cm2辐照以后，形成 了二个窄峰：U带（240K）及EL2（375K）。这些陷阱可 造成载流子的去除（ND）下降。
ND 同Фn 的关系
ND＝Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0[1－（β/ND0）Фn] ND0为辐射前的载流子浓度，β为损伤系 数,适当提高沟道外延层的掺杂浓度ND ， 可以提高GaAs MESFET的抗中子能力。
AlGaAs/GaAs HBT的结构及优点
异质结双极晶体管由 宽带隙（例如Eg=1.8ev） 的AlGaAs作发射极,窄 带隙的 GaAS(Eg=1.43ev)作基 极。在发射极—基极 处产生带隙差ΔEg。 （例如ΔEg=0.37ev）。 结构见右图。
异质结双极晶体管的电流放大系数 β
异质结双极晶体管的电流放大系数 β可用下式表示： β=(Ne/P=)(νnb/νpe)exp(ΔEg/KT) Ne，Pb分别为发射区及基区多子浓度 νnb，νpe分别为在发射区及基区的平均速度， 对于同质结双极晶体管，ΔEg=0，β主要由Ne/Pb决定, β要大，Ne必须 》Pb。 对于异质结双极晶体管，β主要由ΔEg决定，Pb可以》Ne， 仍可得到大的β。当Pb大了以后，基区电阻下降，同时Ne 减小，降低发射极电容，最终提高了晶体管的工作频率并 降低晶体管的低噪声。
AlGaAs/GaAs HBT的中子辐射效应
中子辐射使 E-B 异质结内的复合增加，从 而使HBT的 hF 有所下降。下图示出 Al GaAs/GaAs HBT的 hF 同中子注量的关 系。 在 1.3x1014 /cm2 中子注量辐照后，高 hF 器件的 hF 降低了25%，而低 hF 器件hF 仅 降低了7%。结果反应器件具有较好的耐中 子辐射能力。
AlGaAs/GaAs HBT的总剂量辐射效应
由于不存在MOS管中的 栅SiO2，同时基区可采用 高掺杂浓度，因而 AlGaAs/GaAs HBT有很好 的总剂量加固特性。 右图示出 AlGaAs/GaAs HBT总剂量辐照前后器件 的电流增益 hFE 同集电极 电流密度的关系。辐照后 hF最坏从132下降至120， 而在小电流范围， hF 基本 不变。
增益Gp同γ总剂量的关系
噪声系数N同γ总剂量的关系
GaAs MESFET的中子辐射效应
高能中子同GaAs晶格原子碰撞，使其离开平
衡格点—位移，产生“空位”及“间隙”，由此 引入缺陷中心和陷阱。它们起复合中心作用，使 少子寿命下降；吸收导带的自由载流子，使电阻 率增加；形成附加的电离散射中心，使迁移率降 低。
背栅瞬时辐射效应的加固措施
1．采用不掺铬的高纯GaAs 半绝缘衬底，消除陷阱能 级可以抑制背栅效应。 2．采用P型埋层（右上图） 屏蔽衬底电场对沟道的影 响，采用不掺杂的Al GaAs 缓冲层（弱P型）抑制背 栅的影响，其效果见右下 图。
GaAs MESFET集成电路的单离子效应
测试结果表明,GaAs MESFET IC对单离子 效应有较高的敏感性，一个IC的数据表明, 其误差为10-3误差/位· 每天。 测试发现未加固的MESFET其LET阈值很 低，小于1MeV cm2/g，这是一个比较低的 值。 加固方法：瞬态辐射加固的方法有利于 SEU的加固。
AlGaAs/GaAs HBT瞬态辐射效应
由于器件的基极宽度极小，器件同瞬态辐 射作用的有效敏感体积很小，即使在高剂 量率辐射时，产生的光电流也很小，因此， 器件具有良好的抗瞬态辐射能力。
光电子典型器件
半导体发光二极管（LED）的概述: 目前已生产的主要是用Ⅲ--Ⅴ族材料,包括 GaAs（红外900-940nm）; GaAsp(近红外-红 外630-900 nm）; Gap（红光700 nm，绿光560 nm）。 也可以用IV-IV族SiC(黄光)及 GaN(蓝光)
Gp 及NF 随 Фn 的关系
下图示出一个典型器件 Gp 及NF随Фn 的关系 适当选择栅压可以得到很高的耐中子辐射能力。
GaAs MESFET瞬态辐射效应
栅下耗尽区及附近的沟道区产 生电子空穴对，在电压作用下 形成瞬时辐射电流. 半绝缘衬底产生附加载流子， 从而形成衬底附加电流。 在掺铬的半绝缘衬底中，铬杂 质形成陷阱能级，陷阱俘获辐 射产生的电子，使衬底带负偏 压，它使沟道区变窄，因此漏 电电流突然下降，这种现象称 为“背栅效应”（见左图）。 瞬态辐射后，被俘获的电子逐 渐释放（几秒至几十秒），漏 电电流逐渐恢复到原始值（见 右图，X辐射，脉冲3ns， E=600KeV，γ`=3.3x1010(Si/s)
化合物半导体器件的 辐射效应
涉及的典型化合物半导体器件类型, 微电子器件: 单极器件—MESFET,双极器件—HBT 光电子器件: LED,LD,光探测器
微电子器件:
GaAs MESFET, 结构及输出特性
结构
输出特性
GaAs MESFET的工作原理、优点及用途
工作原理:多子器件(单极),电压控制,类似MOSFET,但输 入为金属同半导体接触的肖特基结 优点:由于、µ GaAs~6 µ Si, VGaAs(饱和)>2V Si（饱和） ，因此， GaAs MESFET的工作频率比同类
LED工作原理
在LED上加一正向偏压，降低n区同p区 之间的势垒，产生少子注入。电子从n到p， 空穴从p到n，在p-n结附近数微米内在P区及 n区内均有电子同空穴的复合，产生自发辐 射—发光。直接带隙具有高的发光效率适 于制作LED，某些间接带隙半导体，可通 过适当掺杂形成发光复合中心也可提高发 光效率。