Modelado Tridimensional para el Análisis de Tensiones Termoelásticas en Transistores de Potencia Sometidos a Quemado por Evento Único

Abstract

Los componentes electrónicos que forman parte de equipos y sistemas que funcionan en ambientes radioactivos o en entornos de partículas cargadas pueden resultar afectados por el fenómeno conocido como Quemado por Evento Único, (Single Event Burnout, SEB), el cual consiste en el desarrollo
de energía térmica en el dispositivo a partir de su interacción con un ión pesado. Este evento puede causar daño permanente y la salida de servicio del equipo en el que se encuentra el dispositivo por lo que investigaciones sobre SEB en dispositivos de potencia pueden conducir a diseños que permitan reducir la ocurrencia de fallas catastróficas y por lo tanto incrementar la supervivencia de sistemas críticos.
El fenómeno SEB se observa luego de la interacción de un ión con un transistor MOS (Metal-Oxide Semiconductor) en estado bloqueado o de no conducción y a partir de la energía depositada por la partícula incidente. Esta produce la ionización de la zona alrededor del camino del ión y debido a la presencia de campos eléctricos, el flujo de electrones hacia la región drenador y de huecos hacia la región del surtidor.
La corriente de huecos produce una caída de voltaje que polariza directamente la región-p y la región surtidor lo que produce el disparo de transistores bipolares parásitos presentes en la estructura MOS. Luego, la corriente se concentra en una pequeña región a lo largo de la trayectoria del ión, elevando notoriamente la temperatura por efecto Joule y llevando el dispositivo a la ruptura secundaria, produciéndose una corrida térmica. Este es el mecanismo de falla tradicionalmente postulado en trabajos previos. Sin embargo, estos autores han demostrado mediante el uso de modelos bidimensionales que las tensiones de origen termoelástico pueden alcanzar valores críticos y comprometer regiones de importancia del dispositivo
electrónico.
El objetivo de este trabajo es profundizar el estudio del fenómeno termoelástico producto del SEB mediante un modelo 3D dependiente del tiempo que contemple condiciones más realistas para la localización de la región de generación y en las variaciones en las dimensiones de la misma. En el modelado propuesto se acopla unidireccionalmente el campo de temperaturas con el de desplazamientos a partir de la dependencia de las propiedades mecánicas con la temperatura. Este modelo permite conocer la evolución temporal del campo de desplazamiento y las componentes del tensor de tensiones. De esta forma se puede predecir si alguno de los materiales constituyentes puede resultar comprometido al superarse los
valores admisibles de acuerdo al criterio de falla aplicado.
Dado que se estudian nuevas situaciones, únicamente posible en una geometría tridimensional, los resultados obtenidos con este nuevo modelo podrían causar alteraciones en las secuencias de eventos que se reportaron previamente.