[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件瞬態(tài)劑量率效應(yīng)激光模擬裝置及評(píng)估系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110255495.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN113030688B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬英起;陳錢;韓建偉;朱翔;上官士鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心
• 主分類號(hào): G01R31/265
• 分類號(hào): G01R31/265
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

1.一種用于半導(dǎo)體器件瞬態(tài)劑量率效應(yīng)激光模擬裝置的評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，包括：半導(dǎo)體器件瞬態(tài)劑量率效應(yīng)激光模擬裝置、測(cè)試電路、激光能量傳輸?shù)挠行芰磕Ｐ汀⑺矐B(tài)劑量率效應(yīng)激光等效模型；其中，

所述半導(dǎo)體器件瞬態(tài)劑量率效應(yīng)激光模擬裝置，用于提供激光輻照源，對(duì)測(cè)試電路進(jìn)行激光模擬試驗(yàn)，獲取試驗(yàn)條件的參數(shù)數(shù)據(jù)；所述半導(dǎo)體器件瞬態(tài)劑量率效應(yīng)激光模擬裝置包含：激光產(chǎn)生和控制模塊、光路模塊、檢測(cè)模塊、載物模塊和上位機(jī)；激光產(chǎn)生和控制模塊，用于產(chǎn)生脈沖激光，并對(duì)脈沖激光往光學(xué)模塊傳播進(jìn)行控制；光路模塊，用于調(diào)制激光產(chǎn)生和控制模塊輸入的脈沖激光，對(duì)激光光斑進(jìn)行調(diào)節(jié)控制和測(cè)量，對(duì)激光能量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制和測(cè)量，將調(diào)制后的脈沖激光輻照到半導(dǎo)體器件上；檢測(cè)模塊，用于對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行供電和功能測(cè)試以及輻照后的電學(xué)參數(shù)測(cè)量，以及對(duì)輻照產(chǎn)生的瞬態(tài)光電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)；載物模塊，用于固定半導(dǎo)體器件，并配合光路模塊進(jìn)行輻照位置調(diào)節(jié)；上位機(jī)，用于綜合調(diào)節(jié)上述各模塊中，協(xié)助各模塊完成各自功能；

所述測(cè)試電路，用于獲取被測(cè)器件自身參數(shù)信息和激光輻照下發(fā)生瞬態(tài)劑量率效應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)包括測(cè)試電路的電學(xué)響應(yīng)參數(shù)和瞬態(tài)光電流參數(shù)；

基于激光能量傳輸?shù)挠行芰磕Ｐ停槍?duì)測(cè)試電路的自身參數(shù)和試驗(yàn)條件參數(shù)，通過(guò)有效能量模型計(jì)算出該測(cè)試電路在試驗(yàn)過(guò)程的有效激光能量；

所述瞬態(tài)劑量率效應(yīng)激光等效模型，基于計(jì)算出的有效激光能量結(jié)合激光等效模型，得到該測(cè)試電路在試驗(yàn)過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的伽馬等效劑量率大小，依據(jù)等效劑量率和測(cè)試電路的電學(xué)響應(yīng)參數(shù)和瞬態(tài)光電流參數(shù)，定量評(píng)估該測(cè)試電路瞬態(tài)劑量率效應(yīng)；

基于激光能量傳輸?shù)挠行芰磕Ｐ椭械募す饽芰總鬏斶^(guò)程為：脈沖激光從半導(dǎo)體器件背部入射，初始的激光能量為E0，首先在襯底表面發(fā)生反射和透射，透射的激光能量進(jìn)入襯底后經(jīng)過(guò)襯底的吸收后達(dá)到半導(dǎo)體器件有源區(qū)，此時(shí)激光能量為E1，激光繼續(xù)向下傳播經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體器件有源區(qū)的吸收后到達(dá)金屬層，在金屬表面發(fā)生反射和透射，反射的激光能量為E2，所述反射激光能量再次經(jīng)過(guò)有源區(qū)，最終達(dá)到有源區(qū)的激光能量E_eff為E1與E2之和，稱為有效激光能量；

基于激光能量傳輸?shù)挠行芰磕Ｐ蜑椋?/p>

E1＝(1-R)×e^-α(h-d)×E0，

E2＝E1×e^-α’d×R’，

E_eff＝E1+E2＝(1-R)×e^-α(h-d)×(1+e^-α’d×R’)×E0，

其中，E0為入射到半導(dǎo)體器件襯底表面的激光脈沖能量，E1為直接進(jìn)入半導(dǎo)體器件有源區(qū)附近的激光能量，E2為經(jīng)過(guò)金屬布線反射后進(jìn)入有源區(qū)附近的激光能量，R為半導(dǎo)體器件襯底表面對(duì)激光的反射率；R’為金屬布線層對(duì)激光的反射率，α為半導(dǎo)體器件襯底對(duì)激光的吸收系數(shù)，α’為半導(dǎo)體器件有源區(qū)附近敏感部位對(duì)激光的吸收系數(shù)，h為半導(dǎo)體器件襯底表面到金屬層表面的距離，d為半導(dǎo)體器件有源區(qū)厚度；

所述瞬態(tài)劑量率效應(yīng)激光等效模型通過(guò)半導(dǎo)體器件瞬態(tài)劑量率效應(yīng)的物理結(jié)果結(jié)合脈沖激光模擬瞬態(tài)劑量率效應(yīng)的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)等效模擬；所述半導(dǎo)體器件瞬態(tài)劑量率效應(yīng)的物理結(jié)果為：瞬間高劑量率的伽馬射線與半導(dǎo)體材料相互作用通過(guò)康普頓效應(yīng)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，對(duì)被半導(dǎo)體器件有源區(qū)收集進(jìn)而形成瞬態(tài)光電流；脈沖激光模擬瞬態(tài)劑量率效應(yīng)的結(jié)果為：脈沖激光與半導(dǎo)體材料相互作用通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，被半導(dǎo)體器件有源區(qū)收集形成瞬態(tài)光電流；

所述瞬態(tài)劑量率效應(yīng)激光等效模型為：

其中，S_L為光斑面積，D為伽瑪輻射劑量率，E_L為激光在硅材料中以光電效應(yīng)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)需要的能量，g₀為載流子產(chǎn)生率，t為脈寬。

2.如權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體器件瞬態(tài)劑量率效應(yīng)激光模擬裝置的評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述激光產(chǎn)生和控制模塊包括脈沖激光器和快門；脈沖激光器產(chǎn)生脈沖激光，經(jīng)過(guò)快門后進(jìn)入光路模塊，快門作為開關(guān)控制脈沖激光在后續(xù)光路的傳播與否。