Assessment of Ionizing Radiation Hardness of a GaN Field-Effect Transistor

Bôas, Alexis C. Vilas; Melo, M. A. A. de; Santos, R.B.B.; Giacomini, Renato; Medina, N. H.; Seixas, L. E.; Palomo, F.R.; Guazzelli, Marcilei A.

doi:10.1109/sbmicro.2019.8919340

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“…Os dispositivos em teste (DUTs) foram posicionados perpendicularmente ao feixe de raios X, para garantir a homogeneidade da área de radiação de campo. A taxa de dose foi calibrada medindo a exposição usando uma câmara de ionização, e a taxa de dose de raios X em silício foi estimada usando os coeficientes de atenuação da massa de ar e silício [52,62,63]. Os dispositivos foram caracterizados antes, durante e após a exposição a raios X com uma taxa de dose de cerca de 114 krad(Si)/h e irradiados em dois regimes, modo "on" (polarizado) e modo "off" (não polarizado…”

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“…No modo "off", todos os terminais foram aterrados, enquanto no modo "on", o terminal da porta foi polarizado com VG=3,0 V enquanto os terminais de fonte e dreno foram aterrados, como demonstrado na Figura 41[52,62,63]. Modos de irradiaçãoFonte: Autor No modo "on" de irradiação será possível observar os efeitos que o TID causa quando o canal de gás de elétrons bidimensional (2DEG) está formado, ou seja, praticamente todas as cargas disponíveis para condução estarão na camada de condução, enquanto no modo "off" o canal 2DEG não estará formado.3.5 TESTE DE TEMPERATURAO teste teve o objetivo de avaliar a robustez do transistor para a variação de temperatura com TID acumulada de 350 krad (Si) no modo "on" (polarizado) e "off"(não polarizado).…”

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Estudo dos efeitos da dose total ionizante (TID) em um transistor comercial de lata mobilidade de elétrons (HEMT), baseado na hetroestrutura AIGaN/GaN

Bôas¹

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This work presents a systematic study on a commercial high electron mobility transistor based on the AlGaN / GaN heterostructure (GaN HEMT). The study evaluates its robustness to different radiation doses, more specifically, its robustness to the effects of the total ionizing dose (TID) irradiated from an X-ray source with an effective energy of 10 keV. The accumulated dose varies from up to 350 krad (Si). Therefore, for this purpose, three tests were performed on the commercial transistor, GS61008T. First, the acquisition of parameters: threshold voltage (VTH), Transconductance (gm), off current (Ioff) and sub-threshold slope (S) before, during and after exposure to radiation. Then, the switching test, where the rise (tr) and fall (tf) times were aquired, pre and post irradiation, in two diffrent frequency, 100 Hz and 100 kHz. Moreover, the temperature test, where the sample varied from 223 K (-50ºC) to 348 K (75 ºC) to evaluate its robustness for the temperature variation after having accumulated 350 krad (Si). In addition, for a better understanding of the effects of TID on the sample, all tests were performed in two different polarization modes. The on mode (VGS = 3 V and VDS = 0 V), and the off mode (VGS = VDS = 0 V). The characteristic electrical parameters of the transistor were extracted using the characteristic curves IDxVD, IDxVG and IDxt. Curves, that were obtained using National Instrument’s PXI, with programmable sources and an X-ray diffractometer. The results showed that for the devices analyzed, for this GaN COTS the effects resulting from ionizing radiation (TID), with doses up to 350 krad (Si), are minimal, and also showed a quick and effective recovery of their electrical characteristics after annealing at room temperature, especially when irradiated polarized at on mode. Therefore, indicating that they are good candidates for use in harsh environments, as is the case of aerospace environments, particle accelerators environments and nuclear reactors

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