[发明专利]一种抑制双极晶体管电离缺陷形成的方法

说明书

本发明涉及电离辐射缺陷的形成及演化机制，属于空间环境效应、核科学与应用技术领域。本发明是为了解决现有的技术中对于降低低剂量率辐射损伤增强效应缺乏有效手段的缺点而提出的，包括：将晶体管放入密闭容器中，并抽真空或填充保护性气体；所述晶体管为双极晶体管；使用电炉对晶体管进行加热，并进行保温；保温结束后，将晶体管降温至室温。本发明适用于航天器舱内电子系统中的元器件的抗辐射处理。

技术领域

本发明涉及电离辐射缺陷的形成及演化机制，属于空间环境效应、核科学与应用技术领域。

背景技术

航天器在轨服役过程中，会受到各种空间环境的影响，其中，以空间带电粒子辐射环境影响最为突出。空间带电粒子可以穿过航天器外部防护结构，对舱内电子系统中的元器件产生电离辐射效应、位移辐射效应、单粒子效应等。这些辐射效应会引起元器件性能退化或失效，甚至可能会导致航天器发生灾难性的事故。双极晶体管具有优异的电流驱动能力、线性度、低噪声以及优良的匹配特性，是构成双极集成电路的基本单元，在航天器上有广泛的应用。但双极器件对电离辐射效应较为敏感，其使用寿命与抗辐照能力直接相关。

空间辐射环境的辐射剂量率极低(一般小于1mrad/s)，远小于地面各种模拟设施使用的辐射剂量率。但是当辐射剂量率极低而与高剂量率辐照总辐射剂量相同时，双极型晶体管电性能损伤与高剂量率辐照下相比会急剧增大，这就是低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)。如何抑制双极器件的低剂量率增强效应，是目前国际上研究的热点问题之一。双极型晶体管发生低剂量率的主要原因是由于低剂量率辐照时内部缺陷急剧增加，使晶体管损伤增大。因此抑制晶体管辐照时缺陷生成，可以降低晶体管的损伤。在工程应用上具有重大意义。

空间带电辐射粒子主要包括电子、质子及离粒子。这些带电粒子通过电离辐射效应、位移辐射效应和单粒子效应对电子元器件的性能造成影响。其中，电离效应使国际上研究的热点问题，也是低剂量率辐射损伤效应的直接原因。对于采用SiO₂作为绝缘材料和钝化层的电子器件，在辐射粒子的电离作用下，会在氧化物层中产生电子—空穴对。由于电子在氧化层中迁移速度大，可以快速地被扫出氧化物层；空穴在氧化物层中的迁移速率小，被氧化物层中缺陷俘获的概率大，会形成氧化物俘获正电荷。除此之外，空穴在氧化物层迁移过程中，会与含氢缺陷发生反应，释放氢离子。氢离子会逐渐输运到Si/SiO₂界面，与Si-H键发生反应，形成Si悬挂键，进而造成界面态缺陷。氧化物俘获电荷和界面态均会改变载流子的表面复合速率，进而影响少子寿命，导致电子器件的性能发生退化。

通常，氧化物俘获正电荷和界面态同时会影响电子器件的性能和可靠性。因此，如果能够找到一种方式，抑制氧化物俘获正电荷的形成，对于改善晶体管抗辐照性能有着很好的帮助，同时具有重要的工程价值和科学意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的技术中对于抑制电离辐射缺陷的形成缺乏有效手段的缺点，而提出一种抑制双极晶体管电离缺陷形成的方法，包括：

步骤一，将晶体管放入密闭容器中，并抽真空或填充保护性气体；所述晶体管为双极晶体管；

步骤二，使用电炉对晶体管进行加热，并进行保温；

步骤三，保温结束后，将晶体管降温至室温。

本发明的有益效果为：1、经过本发明实施例的处理过程进行加温处理的双极器件在经过低辐射辐射后，其损伤远远小于原始样品；2、本发明实施例的处理过程对于Ⅱ型晶体管加温同样可以起到抑制低剂量率时损伤增强的作用；3、经过本发明实施例加温处理的双极器件相比较于未经处理直接进行辐照的双极器件，氧化物电荷和界面态两种缺陷均向浅能级移动，同时氧化物电荷的浓度大幅降低，即晶体管此时电离缺陷的生成被抑制，导致其抗辐照特别是抗低剂量率辐照能力增强。

附图说明