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金属-氧化物-半导体场效应晶体管控制晶闸管(Metal-oxide-semiconductor Controlled Thrysitor，MCT)是一种硅基高压器件，具有触发延迟小、导通阻抗低、电流上升速率快等优点，常用作爆炸箔起爆器的触发开关。阳极短路型栅控晶闸管(Anode Shorted Metal-Oxide-Semiconductor Controlled Thrysitor，AS-MCT)是新一代的MCT，相较于常规MCT，具备常关断能力，能够简化驱动电路，对导弹电子学系统的可靠性和小型化具有重要的作用，已经逐步替代常规的MCT。AS-MCT为金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)、多重双极型晶体管构建的复合型器件，工作物理机制复杂，在中子辐射场中，由于中子源不可避免的存在伴生γ辐射，器件内部会同时产生位移损伤和电离损伤，严重影响起爆电路的脉冲放电性能，直至于无法起爆。AS-MCT是一种军事用途明显的高端半导体器件，一直禁运，特别是AS-MCT器件物理和辐射效应研究的公开资料非常少，严重阻碍了该类器件的自主研制、辐射效应和抗辐射加固技术的研究。
基于此，本文在业内率先报道了AS-MCT的器件工作物理机制、电参数辐射损伤效应以及器件损伤对电容脉冲放电性能影响的研究。同时开展了该类器件的抗辐射加固技术的初探，为后续更高注量中子辐照效应研究及产品研制做技术储备。本文的主要内容如下：
1、深入分析AS-MCT的器件结构，在特定栅极和阳极偏置条件下，建立了反向二极管、开基三极管、MOS、JFET(Junction Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)和晶闸管六种等效电路与工作模式，同时借助TCAD仿真器分析了转移、正向导通、正向阻断、反向和脉冲放电五个特性。
2、围绕“实验-效应-模型-电路”，开展位移辐射损伤效应和机理的研究。以XND1型AS-MCT为研究对象(1800V、60A级)，利用CFBR-II堆开展了裂变中子辐照实验，获得了3.1×109cm-2至5×1013cm-2范围内的实验数据；以该器件的等效电路为基础，分析了AS-MCT转移特性、正向传输特性和正向阻断特性的位移辐射效应；首先对AS-MCT中核心结构--三极管的增益损伤模型进行改进，考虑了缓变掺杂基区自建场对增益损伤的影响，建立了具有广域特性(适用于均匀和缓变掺杂基区)三极管增益位移损伤的解析模型。以此为基础，建立了器件关键电参数(触发电流、正向漏电和正向击穿电压)位移损伤的解析模型；最后利用实验和等效漏电电阻法分析了器件位移辐照损伤对电容脉冲放电电路性能的影响，包括充电时间常数变化、电容电压减小和峰值脉冲电流减小。
3、围绕“实验-效应-电路”，开展电离损伤效应和机理的研究。以XND1型AS-MCT为研究对象，利用钴-60源开展电离辐照实验，获得了9160Gy(SiO2)范围内的实验数据；以该器件的等效电路为基础，分析了转移特性、正向传导特性和正向阻断特性的电离辐射效应；最后，利用实验和等效漏电电阻法，分析了器件电离辐照损伤对电容脉冲放电电路性能的影响，典型的电路参数损伤效应包括充电时间常数变化、电容电压减小和峰值脉冲电流减小。
4、开展AS-MCT的抗辐射加固技术研究。以增益位移损伤模型为指导，提出了含场阻止结构的抗位移损伤的器件结构，采用场阻止层抑制N-base区耗尽，减薄N-base区，减小载流子渡越时间，抑制位移缺陷对载流子的复合，提高器件触发特性的抗位移损伤能力。较XND1型AS-MCT(代表现有技术水平)，新结构器件触发电流抗位移辐射损伤的能力增大约1.7倍；提出了电离损伤加固的结构，采用“均匀掺杂沟道+Si3N4/SiO2复合栅”结构，抑制阳极沟道耗尽和电离缺陷产生，对漏电进行结构加固，沟道的均匀掺杂利用横向渐变掺杂技术实现。较XND1型AS-MCT，加固器件阳极漏电抗电离辐射损伤的能力提高约4倍。
本文的工作，对AS-MCT的产品研制及抗辐射损伤加固技术的研究打下了一定的基础，期望能为后续该类产品的国产化及实用化起到抛砖引玉的作用。
基于此，本文在业内率先报道了AS-MCT的器件工作物理机制、电参数辐射损伤效应以及器件损伤对电容脉冲放电性能影响的研究。同时开展了该类器件的抗辐射加固技术的初探，为后续更高注量中子辐照效应研究及产品研制做技术储备。本文的主要内容如下：
1、深入分析AS-MCT的器件结构，在特定栅极和阳极偏置条件下，建立了反向二极管、开基三极管、MOS、JFET(Junction Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)和晶闸管六种等效电路与工作模式，同时借助TCAD仿真器分析了转移、正向导通、正向阻断、反向和脉冲放电五个特性。
2、围绕“实验-效应-模型-电路”，开展位移辐射损伤效应和机理的研究。以XND1型AS-MCT为研究对象(1800V、60A级)，利用CFBR-II堆开展了裂变中子辐照实验，获得了3.1×109cm-2至5×1013cm-2范围内的实验数据；以该器件的等效电路为基础，分析了AS-MCT转移特性、正向传输特性和正向阻断特性的位移辐射效应；首先对AS-MCT中核心结构--三极管的增益损伤模型进行改进，考虑了缓变掺杂基区自建场对增益损伤的影响，建立了具有广域特性(适用于均匀和缓变掺杂基区)三极管增益位移损伤的解析模型。以此为基础，建立了器件关键电参数(触发电流、正向漏电和正向击穿电压)位移损伤的解析模型；最后利用实验和等效漏电电阻法分析了器件位移辐照损伤对电容脉冲放电电路性能的影响，包括充电时间常数变化、电容电压减小和峰值脉冲电流减小。
3、围绕“实验-效应-电路”，开展电离损伤效应和机理的研究。以XND1型AS-MCT为研究对象，利用钴-60源开展电离辐照实验，获得了9160Gy(SiO2)范围内的实验数据；以该器件的等效电路为基础，分析了转移特性、正向传导特性和正向阻断特性的电离辐射效应；最后，利用实验和等效漏电电阻法，分析了器件电离辐照损伤对电容脉冲放电电路性能的影响，典型的电路参数损伤效应包括充电时间常数变化、电容电压减小和峰值脉冲电流减小。
4、开展AS-MCT的抗辐射加固技术研究。以增益位移损伤模型为指导，提出了含场阻止结构的抗位移损伤的器件结构，采用场阻止层抑制N-base区耗尽，减薄N-base区，减小载流子渡越时间，抑制位移缺陷对载流子的复合，提高器件触发特性的抗位移损伤能力。较XND1型AS-MCT(代表现有技术水平)，新结构器件触发电流抗位移辐射损伤的能力增大约1.7倍；提出了电离损伤加固的结构，采用“均匀掺杂沟道+Si3N4/SiO2复合栅”结构，抑制阳极沟道耗尽和电离缺陷产生，对漏电进行结构加固，沟道的均匀掺杂利用横向渐变掺杂技术实现。较XND1型AS-MCT，加固器件阳极漏电抗电离辐射损伤的能力提高约4倍。
本文的工作，对AS-MCT的产品研制及抗辐射损伤加固技术的研究打下了一定的基础，期望能为后续该类产品的国产化及实用化起到抛砖引玉的作用。