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EPC和VPT于2020年6月成立EPC Space公司，专注于为重要空间机载设备和其他高可靠环境提供GaN功率转换解决方案。以下EPC Space对其空间任务用GaN晶体管的介绍。 公司由来 EPC Space首席执行官Bel Lazar说：“EPC Space公司是VPT和EPC联合成立的企业。VPT在航空电子、军事、太空和工业应用的功率转换领域处于领先地位，而EPC在基于GaN的功率转换技术领域处于领先地位。EPC Space是2015年成立的FreebirdSemiconductor的继任者。” eGaN可对抗辐射环境 围绕地球轨道运行的各种卫星和最远地区的探测卫星中的电子设备，都连续暴露于伽马射线、中子和重离子。空间辐射流主要由85％的质子和15％的重核组成。辐射可能导致设备性能下降、中断和不连续。这种轰击会以多种方式破坏半导体，包括破坏晶体。特别是，它可能会在非导通区中引起陷阱，或生成一堆电子-空穴对，会产生短路而使器件的运行失去平衡。在eGaN器件中，因为不会产生电子空穴对，来自太空的高能粒子不能产生瞬时短路。 辐射效应 带电粒子和伽马射线会产生电离，从而改变器件的参数。这些变化是根据总电离剂量（TID）参数估算。吸收的电离剂量通常以Rads为单位，即每克材料吸收100 ergs能量。卫星任务可以持续数年，因此会累积较高的TID值。一些深空任务需要10兆拉德，而硅无法支撑它们。抗辐射要求从零开始确定电子器件的设计以承受辐射的影响。 图1：典型硅MOSFET横截面。（来源：EPCSpace） 图1是典型的硅基MOSFET的横截面，是一种垂直器件，其源极和栅极位于上表面，漏极位于底面。栅极被二氧化硅层与沟道隔开。在硅基MOSFET中，辐射通过触发栅极中的正电荷来破坏二氧化硅层上的电荷，继而降低电压阈值，直到晶体管从常关（或增强模式）变为常开（或耗尽模式）状态为止。为了实现等效操作，将需要一个负电压来关闭MOSFET。 由于太空环境中的高能辐射，SEE的发生无法预测，可能在航天器执行任务的任何时间发生。SEE由几种现象组成；单粒子瞬态（SET）、单粒子翻转（SEU）等瞬态效应（或软错误），单粒子熔断（SEB）、单粒子栅穿（SEGR）和单粒子锁定（SEL）等灾难性效应。每个SEE的基础机制是随着粒子通过而在器件的敏感区域中积累电荷。 eGaN晶体管的结构优势 与硅MOSFET相比，增强模式下的GaN（eGaN）器件的构建方式不同，所有三端均位于顶面。与硅MOSFET一样，通过将栅电极从零伏极化到正值（5V）来调节源极和栅极之间的传导。栅极通过氮化铝和镓层与下方沟道分隔开。当受到伽玛射线照射时，该层不会积累电荷（图2）。
图2：eGaN®器件的横截面（来源：EPC Space） Bel Lazar说：“从本质上讲，GaN材料就抗总计量辐射。但要承受SEU，必须采用与商用器件不同的设计。”Alex Lidow说：“在GaN器件中，我们没有氧化物。因此，我们没有SEE和SEGR。而且在GaN中没有会发生传导的空穴，因此不会发生任何SEU。” 性能测试验证 为了证明eGaN器件的性能，对EPC Space的100V系列eGaN晶体管进行了500 kRad的伽马辐射。在测试期间，测量了从漏极到源极及从栅极到源极的漏电流，以及在各个检查点处的器件的阈值电压和导通电阻，从而确认器件性能没有明显变化。 Alex Lidow说：“对于SEE，我们开发了一个非常有趣的激光测试，实际上我们可以使用聚焦的激光来模拟高能粒子。然后，我们去除器件背面，并通过氮化镓发射激光，看看哪些区域容易受到攻击。了解器件的最薄弱部分使我们能够改进设计。” 图3显示了在重离子轰击下eGaN器件的主要失效机理。该条件大约是在极化的器件上使用85 LET金原子束所可能达到的最大条件。 图3：重离子轰击下eGaN器件的SEE主要失效机理。（来源：EPC Space） |
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