Korkeaenergisen elektronisäteilyn vaikutukset piikarbidipohjaisiin Schottky-tehodiodeihin

Abstract

Piikarbidipohjaisia puolijohdekomponentteja pidetään lupaavina kandidaatteina erilaisiin teollisuuden sekä tutkimustoiminnan käyttökohteisiin ja myös niiden säteilynkesto-ominaisuudet ovat suuren kiinnostuksen kohteena. Tässä työssä tarkasteltiin STPSC1006D Schottky-tehodiodin kykyä sietää korkeaenergistä elektronisäteilyä ja selvitettiin, millaisen riskin tämäntyyppisille komponenteille aiheuttavat esimerkiksi Jupiterin säteilyvöiden korkeaenergiset elektronit alueelle suuntautuvan JUICE-luotainoperaation yhteydessä. Tulosten pohjalta pyrittiin arvioimaan komponentin säteilynkestoa ja vaurioiden vakavuutta sekä mahdollisia vauriomekanismeja.

Diodia kuvaavia diodiparametrejä tutkittiin eri lämpötiloissa ennen ja jälkeen elektronisäteilytyksen virta-jännite- sekä kapasitanssi-jännite -käyristä saatavaa tietoa hyödyntäen. Näiden avulla selvitettiin diodin kynnysjännite, ideaalisuuskerroin, saturaatiovirta ja donoritilojen tiheys. Parametreissa havaittujen muutosten avulla tutkittiin, missä määrin diodit olivat vahingoittuneet säteilyaltistuksen aikana ja miten toimintakykyisinä komponentit pysyivät säteilyannoksen saatuaan.

Näiden mittausten perusteella voitiin todeta, että nyt tarkastellut komponentit säilyttivät pääpiirteissään ominaisuutensa, eikä tarkastelluissa suureissa havaittu merkittäviä muutoksia verrattaessa niitä ennen ja jälkeen säteilyn. Myötäsuuntainen virta oli kasvanut hieman välittömästi säteilyannoksen jälkeen, mutta myöhemmässä mittaksessa arvo oli normalisoitunut. Ideaalisuuskertoimen, Schottky-kynnyksen ja donoritilojen tiheyden arvot olivat muuttuneet hieman, mutta pysyivät kuitenkin virherajojen sisäpuolella. Sillä, oliko diodi biasoitu vai maadoitettu säteilytyksen aikana ei näyttänyt olevan suurta merkitystä komponenteille laskettujen parametrien arvojen perusteella.

Mittausten perusteella diodien toimintakyky ei sanottavasti alentunut ja niitä voi pitää säteilynkestoltaan riittävinä. Tulevaisuudessa tulisi selvittää, miten diodin ominaisuudet muuttuvat suurempaa säteilyannosta käyttäen ja missä vaiheessa diodin rakenteelliset ominaisuudet muuttuvat siinä määrin, että komponentin voidaan katsoa pysyvästi vaurioittuneen. Myös eri lämpötiloissa tapahtuvaa säteilytystä eri biasointijännitteillä tulisi selvittää.