[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件的激光模擬劑量率效應(yīng)等效系數(shù)計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110244054.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN113030679B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李沫;湯戈;張健
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/26
• 分類號(hào): G01R31/26;G01M11/00
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件的激光模擬劑量率效應(yīng)等效系數(shù)計(jì)算方法，包括以下步驟：S1、確定待測半導(dǎo)體器件的類型，設(shè)計(jì)測試電路；S2、計(jì)算器件的結(jié)面積和偏置電壓下的空間電荷區(qū)寬度，估算光生電流值；S3、確定測試電路中串聯(lián)的電阻值；S4、獲取半導(dǎo)體器件受不同輻射強(qiáng)度的脈沖激光和脈沖γ光輻射產(chǎn)生的光電流響應(yīng)；S5、獲得器件的總電荷收集量；S6、基于最小二乘法計(jì)算最優(yōu)等效系數(shù)。本發(fā)明通過對(duì)光電流響應(yīng)曲線的積分運(yùn)算獲取總電荷量，并將其作為激光和γ射線的等效依據(jù)計(jì)算等效系數(shù)，能夠抑制電磁干擾等引入的噪聲，進(jìn)而有效提高在高劑量下的激光模擬精度；利用了非線性區(qū)的數(shù)據(jù)，增加了模擬中的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)，能夠顯著拓展等效范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)研究、評(píng)估與測試領(lǐng)域，特別是涉及面向半導(dǎo)體器件瞬時(shí)劑量率效應(yīng)的分析、評(píng)估、批量篩選和加固設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體器件的激光模擬劑量率效應(yīng)等效系數(shù)計(jì)算方法。

背景技術(shù)

瞬時(shí)劑量率效應(yīng)也稱作瞬時(shí)電離輻射效應(yīng)，是指瞬時(shí)高能光子如脈沖γ射線、X射線等作用于半導(dǎo)體器件電離出電子-空穴對(duì)，并在外電場作用下產(chǎn)生光電流，引起電路擾動(dòng)、閂鎖，嚴(yán)重時(shí)造成器件燒毀的現(xiàn)象。目前劑量率效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測試評(píng)估主要依賴于閃光X射線機(jī)和直線加速度器等裝置，然而此類裝置操作和調(diào)試過程復(fù)雜、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高、試驗(yàn)間隔長，對(duì)測試器件有損傷并且需要對(duì)操作人等進(jìn)行嚴(yán)格的屏蔽。特定參數(shù)的激光可以在半導(dǎo)體器件中產(chǎn)生與γ射線等瞬時(shí)電離輻射因素相似的光電流響應(yīng)，具有良好的重復(fù)性和操作性，運(yùn)行成本低，試驗(yàn)周期短，能夠精確地研究器件輻射下器件的時(shí)間和空間響應(yīng)，無需嚴(yán)格苛刻的電磁屏蔽和輻射防護(hù)。因此，無論是對(duì)于半導(dǎo)體器件的失效分析、批量篩選，還是地面輻射試驗(yàn)前期的電路調(diào)試，激光模擬手段均可作為地面裝置的有力補(bǔ)充，被美國圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratory)、波音公司等作為重要的器件可靠性研究手段。

為了定量分析和對(duì)比脈沖激光輻射與實(shí)際瞬時(shí)電離輻射(以脈沖γ射線為例)對(duì)半導(dǎo)體器件產(chǎn)生效果的數(shù)值等效性，人們提出了等效系數(shù)的概念，該系數(shù)直接決定著激光模擬的精度和有效范圍。目前，基于實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算激光模擬瞬時(shí)劑量率效應(yīng)的等效系數(shù)多從器件的宏觀層面出發(fā)，即直接以二者產(chǎn)生的光電流峰值作為依據(jù)，定義激光和γ射線產(chǎn)生相同光電流峰值響應(yīng)時(shí)，劑量率與激光功率的比值為等效系數(shù)。該計(jì)算方法簡單，但存在如下問題：1)僅考慮了光電流響應(yīng)峰值大小而未考慮波形特征，比如：響應(yīng)時(shí)間、脈沖寬度、上升沿和下降沿等。這些波形特征是研究輻射條件下載流子遷移率、壽命、電場分布和空間電荷形成動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵信息，對(duì)激光輻射模擬劑量率效應(yīng)的準(zhǔn)確性有直接影響；2)試驗(yàn)過程中，測試電路的偏置和電阻會(huì)對(duì)響應(yīng)電流的峰值產(chǎn)生限制作用。當(dāng)器件暴露在長脈沖或高強(qiáng)度輻射環(huán)境下時(shí)，器件的瞬時(shí)電流響應(yīng)容易達(dá)到飽和。此時(shí)輻射強(qiáng)度增加，測試到的光電流峰值不再變化，進(jìn)而限制了激光模擬范圍；3)通常閃光X射線裝置(FXR)或電子直線加速度裝置(LINAC)均在超高壓環(huán)境下工作，不僅會(huì)對(duì)待測器件產(chǎn)生電離輻射損傷，還會(huì)產(chǎn)生電磁干擾(Electro Magnetic Interference，EMI)，影響輻射感生電流的峰值，進(jìn)而影響激光模擬等效關(guān)系的建立(激光輻射不產(chǎn)生EMI效應(yīng))。

因此，針對(duì)常規(guī)光電流峰值等效系數(shù)計(jì)算方法存在的限制，如何發(fā)展新的方法從電流響應(yīng)中提取更多的有用信息以提高激光模擬的精度，拓展激光模擬的等效范圍以及抑制γ射線輻射產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)激光模擬的影響，具有非常重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將光電流峰值和波形同時(shí)考慮在內(nèi)，通過對(duì)光電流響應(yīng)曲線的積分運(yùn)算獲取總電荷量，并將其作為激光和γ射線的等效依據(jù)的半導(dǎo)體器件的激光模擬劑量率效應(yīng)等效系數(shù)計(jì)算方法。該方法能夠抑制電磁干擾等引入的噪聲，有效提高在高劑量下的激光模擬精度，同時(shí)還因利用了非線性區(qū)的數(shù)據(jù)，能夠顯著地拓展等效范圍。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：半導(dǎo)體器件的激光模擬劑量率效應(yīng)等效系數(shù)計(jì)算方法，包括以下步驟：

S1、參照國標(biāo)法，確定待測半導(dǎo)體器件的類型，并設(shè)計(jì)測試電路；