[发明专利]一种基于高温氢气浸泡技术的双极型器件低剂量率增强效应加速试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于高温氢气浸泡技术的双极型器件低剂量率增强效应加速试验方法。属于电子技术领域。

背景技术

在电离辐射环境中，双极型器件及电路在低剂量率辐照下受到的辐射损伤，要比在高剂量率条件下大得多，这就是所谓的低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)。电子元器件在空间环境服役期间普遍存在着ELDRS效应，这给电子元器件的抗辐射能力地面辐照模拟实验测试评估方法带来了巨大挑战。由于航天器在轨服役期间所受到的典型辐照剂量率为10^-4～10^-2rad(Si)/s，而通常的地面辐照实验所用的剂量率为50～300rad(Si)/s。由于ELDRS效应的存在，使得地面实验室测试方法得到的器件抗辐射水平与在空间环境下使用的双极器件的实际抗辐射能力严重不符合，从而给航天电子系统的可靠性带来极大的隐患。自上世纪90年代起，双极器件(晶体管及电路)低剂量率增强效应(ELDRS—Enhanced Low Dose Rate Sensitivity)及机理就一直是电子器件空间辐照效应研究的热点问题。由于航天器在轨环境的辐照剂量率很低，而地面模拟实验不可能完全模拟在轨的剂量率条件，需要进行相应的加速实验。然而，目前尚没有ELDRS效应加速实验的普适方法。如果地面实验采用实际空间环境的低剂量率评估电子元器件进行抗辐射能力既不经济又耗时，需要对双极器件的ELDRS效应进行加速试验。

通过研究发现氢气在电子器件内部会对电子器件的低剂量率增强效应起到关键性的影响作用，进而影响器件的抗辐照能力。氢的存在可使器件内部电离损伤缺陷的状态发生改变，从而加深电子元器件的ELDRS效应。因此，本发明通过氢气浸泡的方法来加速双极晶体管内部剂量率增强效应。这不仅能够大幅缩减实验费用，也可为优化双极晶体管和电路抗辐照性能提供必要依据，对整个集成电路的低剂量率增强效应测试和研究具有重大的意义。

发明内容

本发明是为了解决现有的地面实验采用实际空间环境的低剂量率评估电子元器件进行抗辐射能力，导致辐照时间长的问题。现提供一种基于高温氢气浸泡技术的双极型器件低剂量率增强效应加速试验方法。

一种基于高温氢气浸泡技术的双极型器件低剂量率增强效应加速试验方法，它包括以下步骤：

步骤一、采用TCAD软件模拟氢气气氛下的双极型器件电性能及电离辐射缺陷的变化规律，根据氢气气氛中双极型器件内的氧化物电荷与界面态密度，获得氢气浸泡的时间为10分钟～5小时，氢气浓度范围为0.01%-200%；

步骤二、将步骤一中的双极型器件放置在玻璃管中，利用机械泵抽真空，直到玻璃管内的真空度为等于或小于0.0001Pa为止，然后向玻璃管中注入氢气，直到玻璃管内的氢气浓度为步骤一获得的氢气浓度，密封玻璃管，直到玻璃管内的氢气浸泡时间达到步骤一获得的氢气浸泡时间为止；

步骤三、将密封的玻璃管放入炉温为100～200℃的退火炉中进行加热，保温0.5小时～5小时；

步骤四、采用Co-60辐照源在高剂量率条件下辐照步骤三中密封的玻璃管，达到设定的双极型器件辐照吸收总剂量，记录该双极型器件的辐照时间。

本发明采用TCAD软件模拟氢气气氛下的双极型器件电性能及电离辐射缺陷的变化规律，根据氢气气氛中双极型器件内的氧化物电荷与界面态密度，获得氢气浸泡的时间与氢气浓度，通过氢气浸泡、加热，加速双极型器件内部的电离辐射缺陷产生，从而起到加速低剂量率增强效应的作用，达到用氢气浸泡条件下高剂量率辐照双极型器件与低剂量率条件下辐照双极型器件的辐照时间相比所用的时间短的目的。它可用于航天电子系统中。

附图说明

图1为双极型器件的电离辐射缺陷分布示意图，

图2为在有无高温氢气浸泡环境下，双极型器件低剂量率辐照条件下过剩基极电流的变化量对比图，其中，1表示无高温氢气浸泡环境下，双极型器件低剂量率辐照条件下过剩基极电流的变化图，2表示有高温氢气浸泡环境下，双极型器件低剂量率辐照条件下过剩基极电流的变化图，