Piikarbidipohjaisten tehokomponenttien säteilyvastemittauksissa käytetyn suodatinpiirin mallintaminen

Abstract

Tässä työssä mallinnettiin piikarbidipohjaisten tehokomponenttien säteilynkestomittauksessa käytettyä ylipäästösuodatinpiiriä. GSI:n microbeamin säteilynkestomittauksissa estosuuntaiseen etujännitteeseen asetettuja piikarbidi- Schottky-diodeita ja MOSFETejä säteilytettiin 4.8 MeV/u Au-ioneilla, etujännitteiden ollessa välillä 150 - 300 V. Ioniosumista syntyneet nopeat virtapulssit erotettiin suuresta tasajännitteestä ylipäästösuodattimen avulla ja mitattiin piirin läpi jännitteenä. Samalla vuotovirtaa mitattiin ajan funktiona Keithleyn virtamittarilla. Itse säteilynkestomittaukset oli suoritettu ennen tätä työtä. Tämän työn kokeellisessa osuudessa, mittauksessa käytetyn piirin taajuusvaste mitattiin ensin käyttäen Digilent Analog Discovery 2- signaaligeneraattoria/ oskilloskooppia. Piiristä luotiin sen jälkeen SPICE- malli, joka otti huomioon myös piirilevyn, koaksiaalikaapeleiden sekä oskilloskooppien impedanssit. Tarkat arvot parasiittisille impedansseille selvitettiin vertaamalla simuloituja taajuusvasteita mitattuihin Python-skriptin avulla. Kun impedanssit tunnettiin taajuusvasteen avulla tarkasti, selvitettiin herätteen ja vasteen välinen yhteys ajan funktiona. Vertaamalla piirin läpi mitattujen jännitepulssien aikaleimoja mitatun vuotovirran muutoksien aikaleimoihin selvisi, että pysyvät portaittaiset nousut vuotovirrassa syntyvät todennäköisesti niistä virtapulsseista, joissa komponentin läpi kulkee suurempi kokonaisvaraus.

In this work a high-pass circuit used in radiation hardness testing of silicon carbide power devices was modelled. Silicon carbide Schottky-diodes and MOSFETs were radiated by 4.8 Mev/u Au ions in GSI microbeam radiation hardness measurements. The components were reverse biased between 150-300 V. Quick current pulses induced by ion strikes were separated from the high DC voltages by high-pass filter and measured through the circuit as voltages. At the same time the leakage current was measured by Keithley current meter. The radiation measurements were carried out before this work. In the experimental part of this work the frequency response of the used circuit was first measured using Digilent Analog Discovery 2 signal generator/oscilloscope. Then a SPICE model that included the impedances of the used coaxial cables, oscilloscopes and the circuit board, was created. Values for the parasitic impedances were found out by comparing the measured and simulated frequency resposes by Python script. After the impedances were found out, the connection between input current and output voltage as a function of time was defined. Comparing the time stamps of the measured voltage pulses to the time stamps of the increasing leakage current, it was found that the step-wise rises in the leakage current were probably caused by current pulses for which there is a greater total charge flowing through the device