半導(dǎo)體晶體管電路設(shè)計(jì)須知（一）

2 電子輻照實(shí)驗(yàn)

　　電子輻照能在硅中引入多種深能級(jí)， 這些能級(jí)將根據(jù)其在禁帶中的位置， 對(duì)電子空穴俘獲截面的大小以及能級(jí)密度的大小等均對(duì)非平衡載流子的復(fù)合起貢獻(xiàn)， 從而引起少子壽命、載流子濃度的降低，因此影響了與少子壽命有關(guān)的一些參數(shù)， 如晶體管的開關(guān)時(shí)間、電流放大系數(shù)( hFE )等。

　　實(shí)驗(yàn)中我們把未經(jīng)封裝的功率雙極晶體管APT13003E 圓片分為四組， 其中第一組作為對(duì)照組， 不做輻照處理， 其余三組經(jīng)過10M eV 的電子輻照， 輻照劑量分別為5 kGy、10 kGy、15 kGy, 輻照完成后， 經(jīng)過200℃2 h的高溫退火處理， 然后四組圓片經(jīng)過封裝后成為成品。表1是四組晶體管的FT測(cè)試結(jié)果。

　　表1 四組APT13003E 的FT測(cè)試結(jié)果

　　從表1中我們可以看到， 經(jīng)過輻照后， 儲(chǔ)存時(shí)間ts 隨著輻照劑量的增大有很大幅度的減小， 下降時(shí)間tf 有所減小， 上升時(shí)間tr 有所增加; 電流放大系數(shù)隨著輻照劑量的增加而下降; 飽和壓降和擊穿電壓HBVceo隨輻照劑量的增大而增大。

　　3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

　　將四組不同的APT13003E 開關(guān)晶體管放入同一個(gè)使用BCD半導(dǎo)體公司研發(fā)的AP3765充電器系統(tǒng)中， 該充電器的功率是3W, 輸入交流電壓范圍是85V ~ 264 V, 輸出直流電壓是5 V.圖3所示為85 V、115 V、230 V 和264 V 交流輸入電壓下， 使用電子輻照后的APT13003E 與常規(guī)的APT13003E在輸出負(fù)載電流分別是0. 15 A、0. 30 A、0. 45 A、0. 60 A(即25%、50%、75%、100%負(fù)載)下的系統(tǒng)平均效率增加值。

　　圖3 電子輻照后的APT13003E與常規(guī)的APT13003E在各個(gè)交流輸入電壓下系統(tǒng)平均效率增加百分比

　　從圖3 中可以看到， 在較低的交流輸入電壓(如85 V和115 V )下， 使用輻照后的APT13003E比使用未輻照的APT13003E 系統(tǒng)效率都有所提高， 而在較高交流輸入電壓下(如230 V 和264 V )， 輻照后的APT13003E 未能使系統(tǒng)效率提高。在85 V 交流輸入電壓下， 輻照劑量為10 kGy 的APT13003E的性能最好， 開關(guān)晶體管的總損耗由0. 209W 降低到0. 121W, 降低了42% , 使得系統(tǒng)整體效率提高了2. 1% , 若該開關(guān)晶體管采用TO - 92封裝， 這將使開關(guān)晶體管的結(jié)溫降低約11 ℃ ; 在115 V交流電壓下， 系統(tǒng)的整體效率也提高了約1. 4%, 開關(guān)晶體管的結(jié)溫將降低約7℃, 這就有效地提高開關(guān)晶體管的可靠性， 降低了開關(guān)電源的損耗。

　　當(dāng)輻照劑量進(jìn)一步增加到15 kGy后， 系統(tǒng)效率提高的幅度反而降低， 因此要獲得最佳的系統(tǒng)效率，需要采用最合適的輻照劑量。

　　我們對(duì)85 V 和264 V 交流輸入電壓， 輸出電流為0. 45 A 條件下四組APT13