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基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法，涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】。它是為了解決低劑量率增強(qiáng)試驗(yàn)的測試時(shí)間長，導(dǎo)致過剩基極電流和電流增益產(chǎn)生較大的影響的問題。本發(fā)明的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速試驗(yàn)方法步驟簡單，易于操作。本發(fā)明的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速試驗(yàn)方法步驟簡單，易于操作。本發(fā)明所提出的技術(shù)途徑能夠大幅度降低低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)試驗(yàn)的時(shí)間與費(fèi)用，同比降低了15%以上，也可為優(yōu)化雙極晶體管和電路抗輻照性能提供必要依據(jù)，減小過剩基極電流和電流增益產(chǎn)生的影響，同比減小了15%，對電子元器件的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)測試和研究具有重大的意義。本發(fā)明適用于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在電離輻射環(huán)境中，雙極型器件及電路在低劑量率輻照下受到的輻射損傷，要比在高劑量率條件下大得多，這就是所謂的低劑量率輻射損傷增強(qiáng)效應(yīng)(ELDRS)。電子元器件在空間環(huán)境服役期間普遍存在著ELDRS效應(yīng)，這給電子元器件的抗輻射能力地面輻照模擬實(shí)驗(yàn)測試評估方法帶來了巨大挑戰(zhàn)。如果采用實(shí)際空間環(huán)境的典型劑量率(10_4?10-2rad(Si)/s)對電子元器件進(jìn)行抗輻射能力評估，輻照實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長、費(fèi)用高。然而，目前地面實(shí)驗(yàn)室實(shí)際所采用的主要是根據(jù)美軍標(biāo)的大劑量率50?300rad(Si)/s的輻照標(biāo)準(zhǔn)，由于ELDRS效應(yīng)的存在，這意味著采用這種高劑量率測試方法得到的器件抗輻照水平與在衛(wèi)星、航天器等低劑量率輻照環(huán)境下使用的電子元器件實(shí)際的抗輻射能力嚴(yán)重不符，從而給衛(wèi)星、航天器等電子系統(tǒng)的可靠性帶來極大隱患。因此，找到一種耗時(shí)短、成本低且會(huì)產(chǎn)生與低劑量率輻照條件下相同的物理機(jī)制的雙極型器件ELDRS效應(yīng)的加速評估方法具有重要意義。另一方面，由于空間用電子元器件在使用時(shí)必須對其施加偏置，偏置條件對電子器件的ELDRS效應(yīng)有著顯著的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決低劑量率增強(qiáng)試驗(yàn)的測試時(shí)間長，導(dǎo)致過剩基極電流和電流增益產(chǎn)生較大的影響的問題，從而提供了基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法。
[0004]基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法，該方法的具體步驟為:
[0005]步驟一:首先選用待實(shí)驗(yàn)的雙極型器件采用低劑量率進(jìn)行輻照，低劑量率為
0.001rad/s-0.lrad/s，輻照溫度為_200°C?+50°C，當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝坷塾?jì)到低劑量率輻照總劑量的1/10至1/5時(shí)停止輻照，并記錄該器件的性能變化曲線；
[0006]步驟二:另選擇待實(shí)驗(yàn)的同一類型的雙極型器件，先采用高劑量率輻照，所述高劑量率為lrad/s?1000rad/S，輻照溫度為0°C?100°C之間；當(dāng)高劑量輻照所產(chǎn)生的性能變化達(dá)到步驟一所述的性能變化的50%-80%，轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照；劑量率、輻照劑量和輻照溫度與步驟一所述相同；
[0007]步驟三:重復(fù)步驟二多次，直至器件在低劑量率輻照條件下的劑量累積到試驗(yàn)所要求的低劑量率輻照總劑量；高劑量率輻照轉(zhuǎn)換為低劑量率輻照的轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)為器件性能變化達(dá)到上一次低劑量率輻照的性能變化的50%?80% ;每次低劑量率輻照劑量大于或等于I X 104rad,低劑量率的輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad ;每次高劑量率輻照劑量大于或等于I X 105rad,高劑量率的輻照總劑量為I X 106rad?I X 107rad ;試驗(yàn)完畢后，記錄輻照過程中器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度。[0008]基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:
[0009]步驟一:首先采用低劑量率對雙極型器件進(jìn)行輻照，所述低劑量率為0.0Olrad/s?0.lrad/s,福照溫度為室溫；
[0010]步驟二:當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝看笥诨虻扔趌X104rad后，轉(zhuǎn)換到高劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，所述高劑量率為lrad/s?lOOOrad/s，在高劑量率輻照時(shí)，溫度低于-100度，當(dāng)高劑量率到達(dá)總劑量1/10到1/5時(shí)，將器件溫度升高至100度并保持5分鐘?10分鐘；再轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，輻照的溫度為室溫；
[0011]步驟三:重復(fù)步驟一和步驟二多次，直至器件的性能變化量達(dá)到原始性能的80%以上，低劑量率輻照時(shí)劑量大于或等于I X 104rad,輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad,記錄輻照過程中雙極型器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度，重構(gòu)低劑量率敏感性能參數(shù)的曲線。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速試驗(yàn)方法步驟簡單，易于操作。本發(fā)明所提出的技術(shù)途徑能夠大幅度降低低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)試驗(yàn)的時(shí)間與費(fèi)用，同比降低了 15%以上，也可為優(yōu)化雙極晶體管和電路抗輻照性能提供必要依據(jù)，減小過剩基極電流和電流增益產(chǎn)生的影響，同比減小了 15%，對電子元器件的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)測試和研究具有重大的意義。在雙極型器件低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)研究與抗輻照加固技術(shù)應(yīng)用中，有著明顯的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為【具體實(shí)施方式】一的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法的流程示意圖；
[0014]圖2為【具體實(shí)施方式】二的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法的流程示意圖；
[0015]圖3為【具體實(shí)施方式】一的獲得總劑量與性能退化之間的關(guān)系示意圖；
[0016]圖4為【具體實(shí)施方式】二的獲得輻照劑量與電流增益變化量的關(guān)系示意圖；
[0017]圖5為不同劑量率條件下的雙極型器件正向輸入電流的變化結(jié)果仿真示意圖；
[0018]圖6為通過加速試驗(yàn)方法處理后的試驗(yàn)結(jié)果曲線仿真示意圖；
[0019]圖7為通過低溫條件下方法處理后的試驗(yàn)結(jié)果曲線仿真示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法，該方法的具體步驟為:
[0021]步驟一:首先選用待實(shí)驗(yàn)的雙極型器件采用低劑量率進(jìn)行輻照，低劑量率為
0.001rad/s-0.lrad/s，輻照溫度為_200°C?+50°C，當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝坷塾?jì)到低劑量率輻照總劑量的1/10至1/5時(shí)停止輻照，并記錄該器件的性能變化曲線；
[0022]步驟二:另選擇待實(shí)驗(yàn)的同一類型的雙極型器件，先采用高劑量率輻照，所述高劑量率為lrad/s?1000rad/S，輻照溫度為0°C?100°C之間；當(dāng)高劑量輻照所產(chǎn)生的性能變化達(dá)到步驟一所述的性能變化的50%-80%，轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照；劑量率、輻照劑量和輻照溫度與步驟一所述相同；[0023]步驟三:重復(fù)步驟二多次，直至器件在低劑量率輻照條件下的劑量累積到試驗(yàn)所要求的低劑量率輻照總劑量；高劑量率輻照轉(zhuǎn)換為低劑量率輻照的轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)為器件性能變化達(dá)到上一次低劑量率輻照的性能變化的50%?80% ;每次低劑量率輻照劑量大于或等于
IX 104rad,低劑量率的輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad ;每次高劑量率輻照劑量大于或等于I X 105rad,高劑量率的輻照總劑量為I X 106rad?I X 107rad ;試驗(yàn)完畢后，記錄輻照過程中器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度。
[0024]【具體實(shí)施方式】二:下面結(jié)合圖2和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法，該方法的具體步驟為:
[0025]步驟一:首先采用低劑量率對雙極型器件進(jìn)行輻照，所述低劑量率為0.0Olrad/s?0.lrad/s,福照溫度為室溫；
[0026]步驟二:當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝看笥诨虻扔趌X104rad后，轉(zhuǎn)換到高劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，所述高劑量率為lrad/s?lOOOrad/s，在高劑量率輻照時(shí)，溫度低于-100度，當(dāng)高劑量率到達(dá)總劑量1/10到1/5時(shí)，將器件溫度升高至100度并保持5分鐘?10分鐘；再轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，輻照的溫度為室溫；
[0027]步驟三:重復(fù)步驟一和步驟二多次，直至器件的性能變化量達(dá)到原始性能的80%以上，低劑量率輻照時(shí)劑量大于或等于I X 104rad,輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad,記錄輻照過程中雙極型器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度，重構(gòu)低劑量率敏感性能參數(shù)的曲線。
[0028]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式對【具體實(shí)施方式】一或二所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法作進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，輻照源選擇6tlCo Y射線。
[0029]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式對【具體實(shí)施方式】一或二所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法作進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，敏感性能參數(shù)包括雙極型分立器件的電流增益、漏電流參數(shù)和雙極型電路的輸入失調(diào)電壓Vio、輸入偏置電流lbs、共模抑制比CMRR、開環(huán)電壓增益AvoL。
[0030]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式對【具體實(shí)施方式】一或二所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法作進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所選雙極型電路的型號為LM741。
[0031]低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)所產(chǎn)生的輻射損傷是以正氧化物電荷與界面態(tài)為主，這兩類缺陷會(huì)對器件的過剩基極電流和電流增益產(chǎn)生較大的影響，導(dǎo)致器件發(fā)生性能退化。高劑量率輻照會(huì)在器件的氧化物層中形成電荷區(qū)阻礙電離輻射缺陷的產(chǎn)生與傳輸，通過本方法，可以避免器件的鈍化層內(nèi)部產(chǎn)生電荷區(qū)，大大提升電離輻射缺陷的密度以及氧化物電荷及界面態(tài)的產(chǎn)生速度，進(jìn)而縮短低劑量率增強(qiáng)試驗(yàn)的測試時(shí)間，達(dá)到用高劑量率輻照實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速試驗(yàn)的目的。
[0032]此外，在低溫條件下，由于電子的移動(dòng)速度減慢，可使雙極器件氧化層內(nèi)所產(chǎn)生的電子空穴對移動(dòng)減慢，可以有效抑制氧化層內(nèi)電荷區(qū)的產(chǎn)生，使其大大提升電離輻射缺陷的密度以及氧化物電荷及界面態(tài)的產(chǎn)生速度，進(jìn)而縮短低劑量率增強(qiáng)試驗(yàn)的測試時(shí)間，也可實(shí)現(xiàn)采用高劑量率輻照試驗(yàn)?zāi)M低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速試驗(yàn)的目的。為了驗(yàn)證本方法的有效性，采用不同劑量率條件下的Co60輻照源，其中低劑量率為0.001rad/s-0.lrad/s，高劑量率為Irad/s-lOOOrad/s，測試樣品為LM741型雙極型器件。圖5為不同劑量率條件下的雙極型器件正向輸入電流的變化結(jié)果，圖6為通過本加速試驗(yàn)方法處理后的試驗(yàn)結(jié)果曲線。圖7為通過低溫條件下方法處理后的試驗(yàn)結(jié)果曲線。如圖所示，采用本方法中的兩類技術(shù)的試驗(yàn)結(jié)果與直接采用低劑量率進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果吻合良好。
【權(quán)利要求】
1.基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:該方法的具體步驟為: 步驟一:首先選用待實(shí)驗(yàn)的雙極型器件采用低劑量率進(jìn)行輻照，低劑量率為0.001rad/s-0.lrad/s，輻照溫度為-200°C?+50°C，當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝坷塾?jì)到低劑量率輻照總劑量的1/10至1/5時(shí)停止輻照，并記錄該器件的性能變化曲線； 步驟二:另選擇待實(shí)驗(yàn)的同一類型的雙極型器件，先采用高劑量率輻照，所述高劑量率為lrad/s?1000rad/S，輻照溫度為0°C?100°C之間；當(dāng)高劑量輻照所產(chǎn)生的性能變化達(dá)到步驟一所述的性能變化的50%-80%，轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照；劑量率、輻照劑量和輻照溫度與步驟一所述相同； 步驟三:重復(fù)步驟二多次，直至器件在低劑量率輻照條件下的劑量累積到試驗(yàn)所要求的低劑量率輻照總劑量；高劑量率輻照轉(zhuǎn)換為低劑量率輻照的轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)為器件性能變化達(dá)到上一次低劑量率輻照的性能變化的50%?80% ;每次低劑量率輻照劑量大于或等于I X 104rad,低劑量率的輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad ;每次高劑量率輻照劑量大于或等于I X 105rad,高劑量率的輻照總劑量為I X 106rad?I X 107rad ;試驗(yàn)完畢后，記錄輻照過程中器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度。
2.基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:該方法的具體步驟為: 步驟一:首先采用低劑量率對雙極型器件進(jìn)行輻照，所述低劑量率為0.001rad/s?0.lrad/s,福照溫度為室溫； 步驟二:當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝看笥诨虻扔贗X 104rad后，轉(zhuǎn)換到高劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，所述高劑量率為lrad/s?lOOOrad/s，在高劑量率輻照時(shí)，溫度低于-100度，當(dāng)高劑量率到達(dá)總劑量1/10到1/5時(shí)，將器件溫度升高至100度并保持5分鐘?10分鐘；再轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，輻照的溫度為室溫； 步驟三:重復(fù)步驟一和步驟二多次，直至器件的性能變化量達(dá)到原始性能的80%以上，低劑量率福照時(shí)劑量大于或等于I X 104rad,福照總劑量為I X 105rad?I X 106rad,記錄福照過程中雙極型器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度，重構(gòu)低劑量率敏感性能參數(shù)的曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:輻照源選擇6tlCo Y射線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于改變溫度及劑量率的加速實(shí)驗(yàn)ELDRS效應(yīng)的方法，其特征在于:敏感性能參數(shù)包括雙極型分立器件的電流增益、漏電流參數(shù)和雙極型電路的輸入失調(diào)電壓Vio、輸入偏置電流lbs、共模抑制比CMRR、開環(huán)電壓增益AvoL。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強(qiáng)效應(yīng)加速實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:所選雙極型電路的型號為LM741。
【文檔編號】G01R31/00GK103884945SQ201410136016
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】李興冀, 楊劍群, 劉超銘, 肖景東, 馬國亮, 何世禹, 楊德莊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)