[发明专利]基于重离子微束辐照的锗硅异质结晶体管单粒子效应测试方法

说明书

本发明提供一种基于重离子微束辐照的锗硅异质结晶体管单粒子效应测试方法，主要解决现有技术无法直接表征损伤机制并精确定位敏感区域的问题。其实现方案是：选择锗硅异质结晶体管样品，测试其电学性能；制作并检验用于辐照的印刷电路PCB测试板，并对锗硅异质结晶体管器件进行试验前的去封装处理；装配辐照平台；设置重离子微束辐照试验的测试条件；进行重离子微束辐照装置的出束位置定位；设置入射重离子的种类与能量；开展重离子微束辐照试验；记录并处理全部的试验数据，获得单粒子效应敏感区域。本发明能精确定位锗硅异质结晶体管单粒子效应敏感区域，提高了实验精度，降低测试成本，可用于针对微电子器件进行宇航抗辐射能力的评估。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种锗硅异质结晶体管单粒子效应测试方法，可用于针对微电子器件进行宇航抗辐射能力的评估。

背景技术

随着航天技术的迅速发展，对太空探索、寻找地外能源、拓展生存空间的需求日益增强，深空探测、空间实验室、卫星导航等长期飞行任务已成为目前航天领域重点发展的技术核心。这对应用于长期飞行的电子系统中的微电子器件提出更高的要求。

工作于空间环境的电子系统，其工作状态、可靠性和寿命必将受到严重的高能粒子辐射和极端温度的影响，严重时可能导致系统失效。然而引人注目的是，锗硅异质结双极晶体管SiGe HBT中Ge引起的能带变化与温度密切相关，在-180℃～+200℃的极低温至高温范围内都可保持稳定的工作状态，成为太空极端环境领域有力的竞争者。相关研究表明，45％的航天器故障是由电子器件辐射效应所导致的，居各类故障事件之首，成为限制电子系统空间可靠应用的重要因素。SiGe HBT由于材料与结构的新特征，使其具有很好的抗位移损伤和总剂量效应的能力，但研究表明，SiGe HBT对空间单粒子效应异常敏感，较低能量的空间粒子入射即可在SiGe HBT内部诱发大量的电荷收集，从而造成其相关逻辑电路的状态翻转，引起电子系统故障。

单粒子效应是空间辐射环境中的高能粒子，如质子、中子、α粒子或重离子入射微电子器件和电路，与其中的敏感区域相互作用，电离产生大量电子空穴对，形成高密度等离子体径迹，引起器件内部平衡电势急剧变化，造成器件电学特性发生变化。这一过程中，当电路节点收集的总电荷大于正常态的漂移和扩散电荷时，会形成单粒子翻转或单粒子瞬变等软错误，以及单粒子闭锁或单粒子烧毁等硬错误。即使单粒子效应收集到的电荷小于临界电荷，形成微小的电流扰动，也可能经过放大后影响下一级电路的输出，造成瞬时大电压或电流的信号输出。通过对晶体管单粒子效应开展测试和机理研究，发现瞬态电流脉冲与电荷收集的变化规律，为抗辐射加固设计提供更可靠的依据，将产生的扰动影响在可能发生翻转前或放大前降至最低，从而控制单粒子效应的发生。

目前，针对单粒子效应的测试方法主要通过激光微束模拟单粒子效应实验系统以及重离子宽束辐照实验装置来实现。例如申请号为CN201310675790.9名称为“一种存储器电路的激光模拟单粒子效应背辐照试验方法”，利用脉冲激光技术开展芯片背面辐照实验，从而获得芯片单粒子效应的敏感节点；申请号为CN200810148139.5名为“现场可编程门阵列单粒子效应测试方法”基于重离子宽束辐照装置获得了集成电路在单粒子效应作用下的翻转截面与错误率。可以看出，目前采用实验手段开展的单粒子效应研究，主要以电路及系统为研究对象。然而，对于单立的晶体管器件，其器件整体尺寸在微米量级，重离子宽束辐照难以实现对其敏感区域的定位。另一方面，激光微束的辐照束斑虽然可以实现1-2μm的聚焦尺寸，但激光诱发单粒子效应的机理与重离子不同，测试结果不能精确表征单粒子效应的物理机制。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有测试技术的不足，提供一种基于重离子微束辐照的锗硅异质结晶体管单粒子效应测试方法，以精确定位其单粒子效应敏感区域，并准确分析其单粒子效应的损伤机制。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

1)对被测器件进行预处理：