[發明專利]電子元器件帶電粒子輻照效應地面等效注量計算方法

無效

• 申請號: 201310024890.5
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103116176A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 李興冀;劉超銘;肖景東;楊德莊;何世禹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01T1/02
• 分類號: G01T1/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及電子元器件的模擬試驗方法。

背景技術

空間高能帶電粒子會對電子元器件造成各種形式的輻照損傷。輻照效應(總劑量效應)形式主要分為電離效應及位移效應。不同的空間輻照源、軌道環境及器件屬性會對不同的輻照效應敏感。如，地球輻射帶質子與電子對總劑量效應(包括電離效應與位移效應)都會造成影響；MOS型器件對電離效應敏感，而雙極型器件對位移效應敏感。因此，在進行地面模擬試驗之前，需要針對不同類型的器件及輻照效應進行分析，得到合適的地面等效模擬試驗方法或方式。

目前國內針對電子元器件在地面與空間輻射環境等效模擬試驗的等效性方面的研究很少。在劉民東的《K208玻璃基鍍膜透鏡質子電子輻照效應及機理研究》(哈爾濱工業大學2007年碩士論文)一文中涉及透鏡的地面等效方法，但是透鏡本身輻照效應性能退化與電子器件差別較大，該方法誤差較大且步驟繁瑣，并且這種方法不能區分電離和位移效應方法，對電子器件不適用。張慶祥等的文章《移位損傷劑量模型及其應用》，(空間科學學報，2005，25(2)，132-137)中提到了CCD相機位移損傷等效方法，該方法僅針對位移效應，沒有考慮器件的結構，尤其是器件的縱向結構尺寸。當選擇的地面模擬源能量小或器件縱向結構尺寸較大時，不能保證NIEL為常數，這就和空間情況會差別特別大，應用該方法會帶來特別大的誤差。并且該方法并不適應于所有電子元器件(MOS型及雙極型)。從上述文獻分析，說明國內沒有對電子元器件空間輻射環境總劑量損傷效應地面等效方法進行研究的公開數據。

國外針對電子元器件輻照效應進行了大量的機理研究工作，研究了輻照源種類(質子、電子、中子、Co-60源等)、通量對電子器件電性能退化規律的影響。但是，對于空間輻射效應(電離效應和位移效應)地面模擬試驗等效方法(計算方法)研究較少(見文獻[4]-[12])。對于電離效應來說，國際上地面模擬試驗大多采用Co-60源，等效方法僅是簡單的吸收劑量等效，沒有考慮器件敏感區的情況；應用帶電粒子研究電離效應損傷時沒有看到等效方法方面的研究，尤其對低能的帶電粒子。對于位移效應來說，有一些等效方法研究主要針對太陽能電池以及一些雙極型器件，該方法主要應用入射粒子初始能量對應的NIEL進行計算，而沒有考慮NIEL隨器件芯片深度的變化，這樣對于地面試驗等效來說，尤其是地面低能輻照源帶來很大誤差。

綜上所述，目前國際上針對電子元器件電離效應及位移效應地面模擬試驗等效方法均存在著問題和缺點。

發明內容

本發明是要解決現有的電子元器件輻照效應地面模擬試驗誤差大的技術問題，而提供電子元器件帶電粒子輻照效應地面等效注量計算方法。

本發明的電子元器件帶電粒子輻照效應地面等效注量計算方法按以下步驟進行：

一、按電子元器件的服役軌道和服役時段，計算電子元器件所受到軌道帶電粒子能譜；

二、根據步驟一得到的軌道帶電粒子能譜，利用Monte-Carlo方法或GEANT4程序計算經防護層后到達電子元器件表面的在軌電離及位移吸收劑量D1，吸收劑量的單位為rad；

三、確定敏感區厚度，敏感區為MOS(MIS)Si體器件的柵氧區、雙極型器件的鈍化層和pn結；

四、根據步驟四得到的敏感區厚度，確定所選試驗條件下的粒子種類及能量，通過Monte-Carlo方法或GEANT4程序計算敏感區在試驗條件下的電離或位移吸收劑量D2；

五、按D1＝D2，計算實驗室條件下的等效注量Φ和輻照時間t。

上述步驟三中MOS(MIS)Si體器件的柵氧區、雙極型器件的鈍化層和pn結的厚度均是器件本身的特性，具體器件的敏感區的厚度為定值；

電子元器件空間輻射效應地面等效試驗模擬方法的原理是吸收劑量等效，即地面輻照吸收劑量與器件在軌吸收劑量相等。地面輻照吸收劑量是指輻照源對電子元器件敏感區所造成的吸收劑量。不同類型和能量的輻照源會對電子元器件不同的結構區域造成影響，只有當電子元器件的敏感區吸收劑量與在軌吸收劑量相同時，才是真正意義上的等效。