一種基於氫離子注入的雙極型器件eldrs效應加速實驗方法
2023-05-06 08:51:56 2
一種基於氫離子注入的雙極型器件eldrs效應加速實驗方法
【專利摘要】一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法，屬於電子【技術領域】，本發明為解決現有雙極型器件的ELDRS效應地面模擬實驗沒有加速實驗的普遍適用方法，即不能用高劑量率輻照實驗來實現低劑量率增強效應加速實驗的問題。具體過程為：根據選取的雙極型器件鈍化層厚度和密度，利用SRIM軟體進行仿真，獲取注入氫離子的能量與射程；利用TCAD軟體進行仿真，獲取抗輻照性能參數：電流增益；改變氫離子的注量，使TCAD模擬雙極型器件的電流增益變化量小於10%，記錄氫離子注量；根據注入氫離子的能量、射程和注量，在鈍化層中注入氫離子；對注入氫離子後的雙極型器件進行輻照實驗。本發明用於空間輻照環境中。
【專利說明】一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方
法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雙極型器件ELDRS效應的加速實驗方法，屬於電子【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在電離輻射環境中，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效應(ELDRS — EnhancedLow Dose Rate Sensitivity)。電子元器件在空間環境服役期間普遍存在著ELDRS效應,這給電子元器件的抗輻射能力地面輻照模擬實驗測試評估方法帶來了巨大挑戰。由於太空飛行器在軌服役期間所受到的典型輻照劑量率為10_4?10_2rad(Si)/s，而通常的地面輻照實驗所用的劑量率為50?300rad(Si)/s。由於ELDRS效應的存在，使得地面實驗室測試方法得到的器件抗輻射水平與在空間環境下使用的雙極器件的實際抗輻射能力嚴重不符合，從而給航天電子系統的可靠性帶來極大的隱患。自上世紀90年代起，雙極器件(電晶體及電路)低劑量率增強效應(ELDRS)及機理就一直是電子器件空間輻照效應研究的熱點問題。由於太空飛行器在軌輻照環境的輻照劑量率很低，而地面模擬實驗不可能完全模擬在軌的劑量率條件，需要進行相應的加速實驗。然而，目前尚沒有ELDRS效應加速實驗的普適方法。如果地面實驗採用實際空間環境的低劑量率評估電子元器件進行抗輻射能力既不經濟又耗時，需要對雙極器件的ELDRS效應進行加速實驗。
【發明內容】
[0003]本發明目的是為了解決現有雙極型器件的ELDRS效應地面模擬實驗沒有加速實驗的普遍適用方法，即不能用高劑量率輻照實驗來實現低劑量率增強效應加速實驗的問題，提供了一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法。
[0004]本發明所述一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法，該方法的具體過程為:
[0005]步驟一、選取一個雙極型器件，根據選取的雙極型器件鈍化層的厚度和密度，利用SRIM軟體對該雙極型器件的結構進行仿真，獲取注入的氫離子的能量與射程；
[0006]步驟二、根據步驟一確定的氫離子的能量與射程，利用TCAD軟體對選取的雙極型器件結構進行仿真，獲取抗輻照性能參數；所述抗輻照性能參數包括電流增益、過剩基極電流、電源電流和輸入電流；
[0007]步驟三、改變注入雙極型器件的氫離子的注量，使TCAD模擬雙極型器件的電流增益變化量小於10%，記錄此時的氫離子的注量；
[0008]步驟四、根據步驟一獲取的注入氫離子的能量與射程和步驟三獲取的注入氫離子的注量，在選取的雙極型器件的鈍化層中注入氫離子；
[0009]步驟五、對注入氫離子後的雙極型器件進行輻照實驗。
[0010]本發明的優點:氫離子的注入會對電子器件的ELDRS效應有著顯著的影響，進而影響器件的抗輻照能力，這說明氫離子的注入可為深入研究ELDRS效應的微觀物理機制提供依據。氫離子的注入使雙極型器件內部電離損傷缺陷的狀態發生改變，從而加速了電子元器件的ELDRS效應。本發明基於不同能量和注量的氫離子注入技術，通過控制不同能量及注量的氫離子注入，大大加速了雙極型器件的ELDRS效應，增強了雙極電晶體的電流增益損傷程度，進而達到縮短ELDRS效應實驗時間的目的。
[0011]本發明的ELDRS效應加速實驗方法步驟簡單、易於操作，並且該方法具有耗時少、成本低的特點，可用於空間輻照環境下雙極型器件ELDRS效應的實驗，也可為優化雙極型器件和電路的抗輻照性能提供必要依據。本發明的ELDRS效應加速實驗方法對電子元器件的ELDRS效應測試和研究具有重大的意義。在雙極型器件ELDRS效應研究與抗輻照加固技術的應用中，有著明顯的優勢和廣泛的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是雙極電晶體的電離輻射缺陷分布示意圖；
[0013]圖2是在不同注量的70keV氫離子注入條件下，電流增益變化量隨輻照注量的變化關係不意圖。
【具體實施方式】
[0014]【具體實施方式】一:本實施方式所述一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法，該方法的具體過程為:
[0015]步驟一、選取一個雙極型器件，根據選取的雙極型器件鈍化層的厚度和密度，利用SRIM軟體對該雙極型器件的結構進行仿真，獲取注入的氫離子的能量與射程；
[0016]步驟二、根據步驟一確定的氫離子的能量與射程，利用TCAD軟體對選取的雙極型器件結構進行仿真，獲取抗輻照性能參數；所述抗輻照性能參數包括電流增益、過剩基極電流、電源電流和輸入電流；
[0017]步驟三、改變注入雙極型器件的氫離子的注量，使TCAD模擬雙極型器件的電流增益變化量小於10%，記錄此時的氫離子的注量；
[0018]步驟四、根據步驟一獲取的注入氫離子的能量與射程和步驟三獲取的注入氫離子的注量，在選取的雙極型器件的鈍化層中注入氫離子；
[0019]步驟五、對注入氫離子後的雙極型器件進行輻照實驗。
[0020]【具體實施方式】二:本實施方式對實施方式一作進一步說明，步驟一所述的氫離子的能量的範圍為:60keV-110keV。
[0021]【具體實施方式】三:本實施方式對實施方式一作進一步說明，步驟三所述的氫離子的注量的範圍為:lE9p/cm2-lEllp/cm2。
[0022]本發明所所述一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法，其應用對象包括NPN器件、PNP器件、數字雙極電路、模擬雙極電路及數模/模數電路。在不影響雙極器件的ELDRS效應微觀物理機制的基礎上，通過氫離子注入，加劇器件內部的電離輻射缺陷產生，從而起到加速實驗其ELDRS效應的目的。雙極電晶體的電離輻射缺陷分布示意圖，如圖1所示。.[0023]低劑量率增強效應(ELDRS效應)所產生的輻射損傷是以正氧化物電荷與界面態為主，這兩類缺陷會對器件的過剩基極電流和電流增益產生較大的影響，導致器件發生性能退化。高劑量率輻照會在器件的氧化物層中形成電荷區阻礙電離輻射缺陷的產生與傳輸，通過不同能量和注量的氫離子注入技術，可以避免器件的鈍化層內部產生電荷區，大大提升電離輻射缺陷的密度以及氧化物電荷及界面態的產生速度，進而縮短低劑量率增強試驗的測試時間，達到用不同能量和注量的氫離子注入條件下高劑量率輻照實驗來實現低劑量率增強效應加速試驗的目的。
[0024]為了說明氫離子注入技術對雙極電晶體低劑量率增強效應的影響，圖2給出了在不同注量的70keV氫離子注入條件下，電流增益變化量隨輻照注量的變化關係示意圖。曲線I表示無離子注入，高劑量率時的電流增益變化量；曲線2表示注入量為lE9p/cm2時的電流增益變化量；曲線3表示注入量為ΙΕΙΟρ/cm2時的電流增益變化量；曲線4表示注入量為lEllp/cm2時的電流增益變化量；曲線5表示低劑量率時的電流增益變化量。由圖可見，氫離子注入的注量越高，相同吸收劑量下輻射損傷越大，其中，注量為lEllp/cm2的氫離子注入條件高劑量率輻照結果和低劑量率輻照條件最為接近。
【權利要求】
1.一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法，其特徵在於，該方法的具體過程為: 步驟一、選取一個雙極型器件，根據選取的雙極型器件鈍化層的厚度和密度，利用SRIM軟體對該雙極型器件的結構進行仿真，獲取注入的氫離子的能量與射程； 步驟二、根據步驟一確定的氫離子的能量與射程，利用TCAD軟體對選取的雙極型器件結構進行仿真，獲取抗輻照性能參數；所述抗輻照性能參數包括電流增益、過剩基極電流、電源電流和輸入電流； 步驟三、改變注入雙極型器件的氫離子的注量，使TCAD模擬雙極型器件的電流增益變化量小於10%,記錄此時的氫尚子的注量； 步驟四、根據步驟一獲取的注入氫離子的能量與射程和步驟三獲取的注入氫離子的注量，在選取的雙極型器件的鈍化層中注入氫離子； 步驟五、對注入氫離子後的雙極型器件進行輻照實驗。
2.根據權利要求1所述一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法，其特徵在於，步驟一所述的氫離子的能量的範圍為:60keV-110keV。
3.根據權利要求1所述一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法，其特徵在於，步驟三所述的氫離子的注量的範圍為:lE9p/Cm2-lEllp/Cm2。
4.根據權利要求3所述一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法，其特徵在於，步驟三所述的氫離子的注量為lEllp/cm2。
5.根據權利要求1所述一種基於氫離子注入的雙極型器件ELDRS效應加速實驗方法，其特徵在於，所述雙極型器件包括NPN器件、PNP器件、數字雙極電路、模擬雙極電路及數模/模數電路。
【文檔編號】G06F17/50GK103870664SQ201410135842
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】李興冀, 劉超銘, 楊劍群, 肖景東, 何世禹, 楊德莊 申請人:哈爾濱工業大學