Impacto de la Consideración de la Compuerta en los Efectos Termoelásticos Observados en Transistores de Potencia Durante un Proceso de Quemado por Evento Único

Abstract

El Quemado por Evento Único (Single Event Burnout) resulta de la interacción de una partícula cargada proveniente de la radiación espacial con un dispositivo de potencia en estado de no conducción y bloqueando tensiones relativamente altas. Este es uno de los fenómenos de mayor incidencia en la electrónica espacial y que fácilmente puede conducir al fracaso de una misión. Uno de los dispositivos más susceptibles a este tipo de eventos es el transistor DMOS (Double-Diffussed Metal-Oxide-Semiconductor), atribuyéndose el fenómeno al disparo de transistores bipolares parásitos que están presentes en la estructura del dispositivo. Esto provoca la concentración de corriente en una pequeña porción del dispositivo conduciendo a una considerable elevación de la temperatura. Generalmente, este fenómeno provoca la falla catastrófica del DMOS, siendo el mecanismo de falla postulado el de fusión del silicio o de alguna de las capas que constituyen el transistor. No obstante, se ha demostrado en investigaciones anteriores que resulta de interés el análisis térmico y de esfuerzos mecánicos que se dan en la estructura del DMOS durante un SEB, debido a que pueden superarse los valores máximos admisibles para los materiales antes de que alguno alcance su temperatura de fusión. En este trabajo se estudian efectos mecánicos y térmicos en un transistor MOS de potencia considerando diferentes posiciones para la localización de la región de generación de calor provocada por el SEB. Para los estudios se simula mediante el método de elementos finitos el modelo termo elástico que representa el fenómeno de conducción térmica y de esfuerzos mecánicos que se producen durante el SEB. Se formula un modelo 3D del dispositivo más realista que el previamente utilizado por los autores, el cual no consideraba el polisilicio de la compuerta con el objeto de disminuir el costo computacional de la simulación. En este sentido, el trabajo presenta resultados que validan la simplificación realizada previamente. Asimismo, los resultados confirman, para el modelo más completo presentado aquí, la dependencia del tiempo de falla con la ubicación de la fuente de calor.