Tese

Reliability of power transistors in radiation environments (2025)

• Authors:
  • Alberton, Saulo Gabriel Pereira Nascimento
  • Medina, Nilberto Heder (Orientador)
• Autor USP: ALBERTON, SAULO GABRIEL PEREIRA NASCIMENTO - IF
• Unidade: IF
• Sigla do Departamento: FNC
• DOI: 10.11606/T.43.2025.tde-20052025-195023
• Subjects: FÍSICA NUCLEAR; RADIAÇÃO ATMOSFÉRICA
• Keywords: DIPOSITIVOS ELETRÔNICOS; EFEITOS DE RADIAÇÃO; ELECTRONIC DEVICES; INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA; RADIATION EFFECTS; RADIATION INTERACTION WITH MATTER; SINGLE-EVENT BURNOUT; SINGLE-EVENT EFFECTS
• Agências de fomento:
  • Financiamento CAPES
  • Financiamento CNPq
  • Financiamento FAPESP
  • Financiamento CNPq
  • Financiamento FINEP
• Language: Inglês
• Abstract: Dispositivos eletrônicos estão sujeitos a falhas e efeitos indesejados ao operar em ambientes de radiação, como o espaço sideral e até mesmo na atmosfera terrestre. No espaço sideral, íons pesados são os principais causadores de efeitos destrutivos de radiação em dispositivos eletrônicos, enquanto, na atmosfera terrestre, nêutrons são os principais responsáveis por efeitos de radiação natural em altitudes de vôo e ao nível do solo. Transistores de potência são fundamentais na eletrônica moderna e estão particularmente suscetíveis a efeitos destrutivos de radiação devido aos seus intensos campos elétricos internos. A moderna tecnologia UMOSFET (U-groove Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), amplamente adotada globalmente por seu desempenho elétrico superior, tem gradualmente substituído a tradicional tecnologia DMOSFET (Double-diffused MOSFET). Entretanto, é crucial assegurar a resistência à radiação da tecnologia UMOS antes de incorporá-la em aplicações de alta confiabilidade, como no espaço sideral, em aviônica, ou em veículos autônomos. Este estudo apresenta investigações experimentais e computacionais comparativas dos efeitos de radiação induzidos por íons e nêutrons em transistores de potência UMOS e DMOS baseados em Si. Para aplicações espaciais, transistores de classificações de tensão equivalentes foram irradiados com partículas alfa e feixes de íons pesados.Para aplicações atmosféricas de alta confiabilidade, transistores de classificações semelhantes foram irradiados com feixes de nêutrons monoenergéticos e quasi-atmosféricos, i.e., que simulam o espectro de energia de nêutrons atmosféricos. Os principais mecanismos de coleção de carga, as respostas a efeitos não-destrutivos de radiação, e a vulnerabilidade a efeitos destrutivos de radiação são diretamente comparados. Diferentemente de transistores baseados em SiC e contrariando estudos computacionais anteriores, experimentos demonstram que UMOSFETs de Si exibem multiplicação avalanche prematura em comparação a DMOSFETs, favorecendo a ocorrência de efeitos destrutivos de radiação. Baseando-se em resultados computacionais validados experimentalmente, estratégias são propostas visando melhorar a confiabilidade de UMOSFETs de gerações futuras. Além disso, um modelo existente sobre a predição de pior resposta a efeitos destrutivos induzidos por íons pesados, frequentemente adotado como protocolo de qualificação de dispositivos de potência utilizando aceleradores de partículas, é refinado e estendido para uma formulação matemática universal. O modelo proposto contempla diversos materiais semicondutores relevantes para aplicações em eletrônica de potência, incluindo Si, SiC, GaAs, GaN, Ge, e diamante.O modelo aprimorado é validado experimentalmente para diferentes tecnologias transistoras de potência, demonstrando acurácia superior ao modelo preexistente em comparação a dados experimentais.
• Imprenta:
  • Publisher place: São Paulo
  • Date published: 2025
• Data da defesa: 28.04.2025

Informações sobre o DOI: 10.11606/T.43.2025.tde-20052025-195023 (Fonte: oaDOI API)
• Este periódico é de acesso aberto
• Este artigo é de acesso aberto
• URL de acesso aberto
• Cor do Acesso Aberto: gold
• Licença: cc-by-nc-sa

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How to cite

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• ABNT

  ALBERTON, Saulo Gabriel Pereira Nascimento. Reliability of power transistors in radiation environments. 2025. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-20052025-195023/. Acesso em: 28 dez. 2025.

• APA

  Alberton, S. G. P. N. (2025). Reliability of power transistors in radiation environments (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-20052025-195023/

• NLM

  Alberton SGPN. Reliability of power transistors in radiation environments [Internet]. 2025 ;[citado 2025 dez. 28 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-20052025-195023/

• Vancouver

  Alberton SGPN. Reliability of power transistors in radiation environments [Internet]. 2025 ;[citado 2025 dez. 28 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-20052025-195023/

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