[發明專利]一種面向混合輻射場景的激光模擬系統

有效

• 申請號: 202210707926.9
• 申請日: 2022-06-22
• 公開（公告）號: CN114779040B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 湯戈;吳旖旎;馬莉
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01R31/265
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 趙健淳

本發明公開了一種面向混合輻射場景的激光模擬系統，該系統包括脈沖激光產生與衰減系統、測試與控制系統和小型探測系統三個部分。本發明通過將小型探測系統置于含中子輻射環境中，并通過傳能光纖和線纜分別與脈沖激光產生與衰減系統及測試與控制系統連接，利用脈沖激光輻照半導體器件，在半導體器件中產生電離效應，借以模擬伽馬射線等輻射源作用于半導體器件的瞬態電離效應，并與輻射場景中的中子構成綜合輻射源。該系統具有結構緊湊、安全性高等特點，可有效解決當前大型輻射模擬裝置聯用困難的技術瓶頸，進而為實際綜合輻射場景下的半導體器件抗輻射加固設計提供有效手段。因此，適于推廣應用。

技術領域

本發明屬于半導體器件輻射效應技術領域，具體地說，是涉及一種面向混合輻射場景的激光模擬系統。

背景技術

半導體器件與集成電路是信息社會發展的基石，被廣泛地應用于人工智能、通信、消費電子、物聯網、醫療、航天、軍事等各個領域。實際上，在半導體器件與集成電路的全壽命周期中，往往會與伽馬（γ）、X、中子、高能粒子等各種類型的輻射因素相互作用，導致器件性能改變乃至失效等，嚴重地制約了電子系統的可靠性、安全性和工作壽命等。

半導體材料及器件的主要輻照效應可以分為電離效應和位移效應。電離效應主要是在材料內部產生自由電子-空穴對；而位移效應是原子受到碰撞離開原來的晶格位置形成空位，同時移動的原子在晶格的其它位置形成間隙原子。實際環境中往往包含多種輻射因素，尤其是真實輻射場景大多是電離效應和位移效應所構成的耦合環境，比如脈沖反應堆、核爆等等。根據目前的研究發現，電離效應和位移效應并不是相互獨立的，兩種效應相互影響，導致實際的損傷通常小于或大于二者簡單的疊加。因此，研究不同器件在綜合輻射環境下的電學響應或性能退化能夠有力推動半導體器件抗輻射性能的發展。

由于當前產生瞬態高劑量率和脈沖中子的大型地面裝置，往往都是單獨的設備，普遍存在聯用困難的問題難以開展同步實驗研究。這就導致實驗上只能進行分步實驗法，故僅能對穩態協同損傷過程進行實驗驗證，即在已受到位移損傷的基礎上研究電離損傷效應的疊加過程，抑或是在已受到電離損傷的基礎上研究位移損傷效應的疊加過程。而對于兩種效應耦合的瞬態協同損傷的理論驗證卻嚴重缺乏實驗條件，即便有少數脈沖中子堆具備同時產生中子（n）和γ射線輻射的條件，但也僅能在小范圍內提供特定n/γ比的脈沖中子和脈沖γ射線混合場。

發明內容

本發明的目的在于提供一種面向混合輻射場景的激光模擬系統，主要解決現有大型地面模擬裝置聯用困難的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種面向混合輻射場景的激光模擬系統，包括脈沖激光產生與衰減系統、測試與控制系統、小型探測系統；

所述脈沖激光產生與衰減系統，用于產生脈沖激光，并根據實際實驗需求，確定激光波長，并對單脈沖激光能量進行衰減；

所述小型探測系統，通過傳能光纖與所述脈沖激光產生與衰減系統，用于接收脈沖激光并將半導體器件測試樣品置于中子輻射環境，構建混合輻射場景；

所述測試與控制系統，通過線纜與所述脈沖激光產生與衰減系統，用于控制脈沖激光的精確衰減；通過線纜與所述小型探測系統相連，用于采集并記錄半導體器件測試樣品輻射電離效應的瞬態電學響應信號。

進一步地，在本發明中，所述脈沖激光產生與衰減系統包括用于產生脈沖激光的脈沖激光器，設置于脈沖激光器后方的半波片，設置于半波片后方用于將脈沖激光分成水平方向和豎直方向兩束脈沖激光的偏振分束立方，設置于偏振分束立方豎直方向上用于對豎直方向的脈沖激光進行收集的光束收集器，設置于偏振分束立方的水平方向后方的衰減鏡片模組，設置于衰減鏡片模組后方用于對衰減后的脈沖激光進行分束的50:50非偏振分束立方，設置于50:50非偏振分束立方的豎直方向上的能量計探頭，以及設置于50:50非偏振分束立方水平方向后方的耦合透鏡。