[发明专利]一种有源加速半导体器件辐照失效的方法

说明书

本发明涉及一种有源加速半导体器件辐照失效的方法，包括如下步骤：步骤1、首先将半导体器件置于辐照腔内，所述的辐照腔外部连接有电场或磁场发生装置，所述电场或磁场发生装置通过开关连接到外接电源；步骤2、打开所述开关，启动电场或磁场发生装置，使得所述电场发生装置产生与半导体器件界面垂直的电场；或者，使得所述磁场发生装置产生平行于半导体界面的磁场，并且在半导体器件的部分引脚施加电压；步骤3、然后启动辐照装置，辐照高能粒子入射所述的半导体器件，产生多个的空穴‑电子对；半导体器件氧化层中的空穴一部分向衬底扩散，途中释放质子，垂直于界面的电场或平行于界面的磁场加速质子向界面的扩散运动，提高界面陷阱电荷密度，加速器件失效。

技术领域

本发明涉及一种有源加速半导体器件辐照失效的方法。

背景技术

电力电子器件是航天器的核心部件，然而外太空的辐照对电力电子器件损伤极强，电力电子器件的抗辐照性能是航天器可靠稳定运行的关键因素之一，高效、准确的抗辐照实验对器件的抗辐照性能的改善至关重要。电力电子器件存在低剂量率辐射增强效应，同等辐照剂量下，外太空的低剂量率、长时间辐照对器件造成的损伤高于地面人工辐照装置高剂量率、短时间辐照产生的损伤；为此，需要设计一种和低剂量率、长时间辐照等效的高剂量率、短时间辐照加速失效实验方法。

《原子核物理评论》2019，vol 36，No 4“双极器件ELDRS效应研究进展”涉及一种变温加速辐照失效的实验研究。辐照腔内安装加热装置，通过加热装置加热器件，提升器件中辐照质子的扩散运动，加速陷阱电荷的聚集，进而加速器件的老化；实验可以将11个月的低剂量率辐照等效为11个小时的高剂量率辐照，但这种方法和实际低剂量率辐照效果有一定的差距；此外，考虑到辐照实验费用，11个小时的辐照时间显长。

发明内容

本发明的目的是提出一种和低剂量率、长时间辐照等效的高剂量率、短时间辐照加速失效实验方法，以满足高效、准确的抗辐照实验。

如图1所示，辐照入射半导体器件产生电子和空穴，电子移动速度远快于空穴，很快被清除出氧化物，氧化层中的空穴一部分发生重组；一部分逃避重组向衬底扩散，途中释放质子(H⁺)，质子被绝缘层-半导体界面含氢缺陷捕获形成带正电的界面陷阱，导致器件性能失效。捕获空穴产生的带正电陷阱电荷快速在质子之前抵达界面附近，形成静电屏蔽，削弱质子向界面的传输，导致界面陷阱电荷降低，对器件的影响减小。

基于以上辐照导致器件失效的机理分析，以及为克服现有技术的缺点，本发明结合辐照试验的基本要求，提出一种加速辐照条件下半导体器件失效的方法，包括如下步骤：：

步骤1、首先将半导体器件置于辐照腔内，所述的辐照腔外部连接有电场或磁场发生装置，所述电场或磁场发生装置通过开关连接到外接电源；

步骤2、打开所述开关，启动电场或磁场发生装置，使得所述电场发生装置产生与半导体器件界面垂直的电场；或者，使得所述磁场发生装置产生平行于半导体界面的磁场，并且在半导体器件的部分引脚施加电压；

步骤3、然后启动辐照装置，辐照高能粒子入射所述的半导体器件，产生多个的空穴-电子对；半导体器件氧化层中的空穴一部分向衬底扩散，途中释放质子，质子被绝缘层-半导体界面含氢缺陷捕获形成带正电的界面陷阱；捕获空穴产生的带正电陷阱电荷快速在质子之前抵达界面附近，这些正电荷在界面处形成静电屏蔽；

步骤4、垂直于界面的电场或平行于界面的磁场削弱带正电陷阱电荷形成的静电屏蔽，进而加速质子向界面的扩散运动，提高界面陷阱电荷密度，加速器件失效。

进一步的，所述的半导体器件为单极性或双极性半导体器件。

进一步的，所述的单极性半导体器件为mosfet场效应晶体管，所述双极性半导体器件为PNP或NPN型晶体管。

进一步的，所述的半导体界面为mosfet或晶体管的SiO2/Si界面。