半导体晶体管电路设计须知（一）

2 电子辐照实验

　　电子辐照能在硅中引入多种深能级， 这些能级将根据其在禁带中的位置， 对电子空穴俘获截面的大小以及能级密度的大小等均对非平衡载流子的复合起贡献， 从而引起少子寿命、载流子浓度的降低，因此影响了与少子寿命有关的一些参数， 如晶体管的开关时间、电流放大系数( hFE )等。

　　实验中我们把未经封装的功率双极晶体管APT13003E 圆片分为四组， 其中第一组作为对照组， 不做辐照处理， 其余三组经过10M eV 的电子辐照， 辐照剂量分别为5 kGy、10 kGy、15 kGy, 辐照完成后， 经过200℃2 h的高温退火处理， 然后四组圆片经过封装后成为成品。表1是四组晶体管的FT测试结果。

　　表1 四组APT13003E 的FT测试结果

　　从表1中我们可以看到， 经过辐照后， 储存时间ts 随着辐照剂量的增大有很大幅度的减小， 下降时间tf 有所减小， 上升时间tr 有所增加; 电流放大系数随着辐照剂量的增加而下降; 饱和压降和击穿电压HBVceo随辐照剂量的增大而增大。

3 系统测试结果

　　将四组不同的APT13003E 开关晶体管放入同一个使用BCD半导体公司研发的AP3765充电器系统中， 该充电器的功率是3W, 输入交流电压范围是85V ~ 264 V, 输出直流电压是5 V.图3所示为85 V、115 V、230 V 和264 V 交流输入电压下， 使用电子辐照后的APT13003E 与常规的APT13003E在输出负载电流分别是0. 15 A、0. 30 A、0. 45 A、0. 60 A(即25%、50%、75%、100%负载)下的系统平均效率增加值。

　　图3 电子辐照后的APT13003E与常规的APT13003E在各个交流输入电压下系统平均效率增加百分比

　　从图3 中可以看到， 在较低的交流输入电压(如85 V和115 V )下， 使用辐照后的APT13003E比使用未辐照的APT13003E 系统效率都有所提高， 而在较高交流输入电压下(如230 V 和264 V )， 辐照后的APT13003E 未能使系统效率提高。在85 V 交流输入电压下， 辐照剂量为10 kGy 的APT13003E的性能最好， 开关晶体管的总损耗由0. 209W 降低到0. 121W, 降低了42% , 使得系统整体效率提高了2. 1% , 若该开关晶体管采用TO - 92封装， 这将使开关晶体管的结温降低约11 ℃ ; 在115 V交流电压下， 系统的整体效率也提高了约1. 4%, 开关晶体管的结温将降低约7℃, 这就有效地提高开关晶体管的可靠性， 降低了开关电源的损耗。

　　当辐照剂量进一步增加到15 kGy后， 系统效率提高的幅度反而降低， 因此要获得最佳的系统效率，需要采用最合适的辐照剂量。

　　我们对85 V 和264 V 交流输入电压， 输出电流为0. 45 A 条件下四组APT13