单粒子栅击穿（SEGR）是指局部栅氧化层介质在重离子入射后引入的强电场作用下发生的栅介质击穿现象。在功率MOSFET器件中，入射重离子的电离过程会产生电荷，在一定偏置电压作用下，这些电荷部分会驻留在硅与二氧化硅界面处的硅材料中，产生强电场，致使栅氧化层发生击穿。如图3-38所示，当重离子穿过栅的颈区（凹槽区）后，电离产生的电子-空穴对在垂直方向电场作用下分离，大量空穴收集在硅与二氧化硅界面处，如果栅氧化物电荷足够高，就在栅氧化层中形成了一个强电场脉冲（持续时间约在皮秒时间尺度内），这个电场强度如果足够大，就可以使栅氧化层发生局部击穿，进而产生很大的栅漏短路电流，发生雪崩倍增效应，直至烧毁整个器件。进一步来说，当入射带电离子在栅极颈区（凹槽区）产生电子-空穴径迹后，电子被吸引到漏极，空穴被驱动到电离径迹轴线方向的栅极。如图3-38、图3-39所示，这种电荷收集过程通常被可视化为围绕径迹的电子-空穴对鞘层作为一条能使漏极短路到Si-SiO2截面的导电丝。这种撞击形成的“导电丝”概念源于单粒子翻转建模分析，其作为“等离子体”丝线可以引起所谓的“耗尽层区塌缩”。霍尔和盖洛韦（Hohl and Galloway）将其应用于对单粒子栅击穿过程的说明。由于“等离子体”丝线的局部短路作用，离子撞击将导致很大一部分漏极电压降落在栅氧化层上，那么在“等离子体”丝线附近，局部氧化物处的电场强度增高，如果这种局部氧化物处瞬时电场足够大，并且持续了足够长的时间，则在电离径迹附近区域发生了氧化物的电击穿，这时候，存储在MOSFET电容器中的电荷的很大一部分被泄漏形成放电，从而“等离子体”丝线附近的局部温度升高，造成氧化层损坏，形成栅极和衬底的短路，器件丧失功能。
图3-38 单粒子栅击穿现象示意图
图3-39 离子撞击在漏极凹槽区的器件响应过程示意说明(www.xing528.com)
（单粒子栅击穿现象示意图）
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