一种半导体传感器窗厚测量方法及装置与流程

本发明涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种利用离子枪开展半导体传感器窗厚测量方法及其装置。

背景技术：

自从人类卫星首次发射升空以后发现地球辐射带以来，能量范围在1keV到数MeV之间的空间能量粒子(包括电子、质子及其他离子)就引起了广泛兴趣。带电粒子存在于地球磁层各个区域及其边界层，是磁层中出现极光、磁暴、高能电子暴等许多空间物理现象的重要诱因，是太阳风-磁层-电离层能量耦合与传输过程中的重要媒介。对于空间粒子的探测是为各类空间物理现象研究提供输入和理论验证的活动过程，而空间探测数据准确性是关系到输入和验证是否正确可靠的问题，而影响空间探测数据准确的包括仪器设计、加工、装配等等一系列环境，其中对于传感器的各类参数准确获取是进行仪器设计的必要条件。

半导体窗的厚度是影响半导体传感器性能的重要参数之一，半导体窗的厚度指半导体靠近两侧电极面与中间灵敏区之间存在着的无法产生电子空穴对的绝缘层，也被称之为死层，是由于半导体制作工艺形成的部分，而可以产生电子空穴对区域被称之为灵敏区。半导体窗的厚度大小极大影响着半导体传感器在低能粒子测量领域的应用，因此需要对半导体窗厚进行测定。以往传感器窗厚通常采用放射源作为束流进行测量，但是随着传感器死层越来越薄，放射源测试方法已经失效。

技术实现要素：

本发明的目的在于，为解决现有的半导体传感器窗厚度的测量问题，本发明提供了一种半导体传感器窗厚测量方法，包括以下步骤：

为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体传感器窗厚测量方法，所述方法包括：

步骤101，依据半导体传感器窗厚理论值估算不同离子穿透半导体传感器窗和灵敏区所需要的能量；

其中，所述离子包括氢离子、氦离子、氩离子和氖离子；

步骤102，依据得到的不同离子穿透半导体窗和灵敏区所需的能量值统计各种离子穿透半导体传感器窗和灵敏区的能量沉积量，并依据使离子穿透传感器窗同时又不穿透灵敏区的原则，从所有离子中选定若干离子种类和能量；

步骤103，依据选定的离子种类和能量值设置离子枪，即使离子枪射出的离子种类和能量与选定的离子的种类和能量值相同，并将离子枪射出的离子传输至半导体传感器处，进而测试半导体传感器的窗厚。采用粒子输运计算工具估算出不同离子穿透传感器窗和灵敏区所需要的能量；其中，所述粒子输运计算工具包括Geant4、MCNP或TRIM。

可选的，上述步骤103进一步包括如下步骤：

步骤103-1，利用离子检测仪获取离子枪射出的离子到达待测半导体传感器处的能量值，然后移开离子检测仪；

再将半导体传感器移入离子束流区域，记录半导体传感器所在平面与离子抢射出的离子束流的夹角，引出离子束流进行测试，并记录相应离子束流源测试时期输出的离子在半导体传感器内能量的沉积值；

重复调整半导体传感器与离子束流夹角若干次，并记录各次调整后的传感器与离子束的夹角及离子束流中的离子在半导体传感器内的能量沉积值；

其中，至少需记录当半导体传感器与离子束流夹角为90度时的能量沉积值；

步骤103-2，根据记录的能量沉积值和如下方程，计算半导体传感器窗厚：

其中，i为不同测试序数；E_i.为各次测量时测试的离子在灵敏区内能量沉积；E_t为传感器垂直于离子束流方向时在灵敏区内能量沉积；为不同入射离子在窗材料中的能量损失率；l为半导体传感器的窗厚。

此外，本发明还提供了一种测量半导体传感器窗厚的装置，所述装置包括：离子枪、真空罐、传感器、离子检测仪和真空转台；

所述离子枪用于输出测试所需要的离子束流；

所述真空罐用于为测试半导体传感器窗厚提供真空腔体空间，所述离子枪与真空罐壁连接，且所述真空罐的底部安装真空转台；

所述真空转台还用于安装传感器和离子检测仪，且位于真空转台上的离子检测仪使得：当需要检测离子的时候的将离子检测仪移动至离子束流区域，当测试窗厚度期间将离子检测仪移离束流区域同时把半导体传感器移入离子束流区。

可选的，上述真空罐由不锈钢材料构成，且真空罐为圆筒状。所述离子束流到达传感器位置处的束流的能散度小于10keV。所述真空罐的内部横截面积不小于10cm²，内壁光滑；所述真空罐至少有一端设置开口，同时口的直径与真空罐内径相差小于10％。

进一步可选的，所述真空转台包括转台托盘、转台支架及转台导轨，转台导轨控制牵引转台支架行动，而转台支架用于放置转台托盘并携带转台托盘移动，转台托盘用于安装待测试半导体传感器和离子检测仪。所述转台导轨采用双导轨且所述转台支架采用双支架结构，且两个支架能够独立运行；其中，一个支架用于安装离子检测仪，另一个支架用于安装待测半导体传感器；所述转台支架能够沿垂直和水平两个方向移动，所述转台托盘在垂直方向移动和转动。所述真空罐应保持在10^-3Pa以上真空度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种半导体传感器窗厚测量方法和装置，可以为半导体窗厚的测量提供一种简单、条件可行的测试方法，并且保持真空罐内高真空以利于测试实验的开展。本发明提供的是一种利用低能离子进行传感器窗厚测试的方法和装置，进而有效克服了随着传感器死层越来越薄放射源测试方法已经失效的技术缺陷。

附图说明

图1为本发明的半导体传感器窗厚测量方法的步骤流程图；

图2为根据本发明的半导体与离子枪束流关系示意图；

图3为根据本发明的半导体传感器窗厚测量装置结构示意图；

图4为图2朝A-A向剖面示意图；

图5为根据本发明的测量装置的真空转台示意图。

附图标记

1、离子束流 2、半导体传感器窗 3、传感器灵敏区

4、真空罐 5、待测传感器 6、真空转台

7、离子枪 8、离子检测仪 9、转台支架

10、转台托盘 11、转台导轨

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种利用电子加速器进行空间中性原子成像仪定标方法及装置进行详细说明。

图1为本发明的一种半导体传感器窗厚测量方法的流程图，包括3个步骤：

步骤101，采用粒子输运计算工具依据生产厂家提供半导体传感器窗厚理论值估算出不同离子穿透传感器窗和灵敏区所需要能量。

其中，所述粒子输运计算工具包括Geant4、MCNP、TRIM等。

其中，所述离子包括氢离子、氦离子、氩离子及氖离子等。

步骤102，依据计算出来不同离子穿透半导体窗和灵敏区的情况，根据可以穿透窗但又不穿透灵敏区的原则，选定离子种类和能量。

步骤103，设置离子枪的离子能量并引出离子至传感器处进行测试。

所述步骤103进一步包括如下步骤：

步骤103-1，利用离子检测仪获取离子枪到达待测半导体处的能量值后移开并移入传感器，根据转台指示记录下传感器平面与离子束流的夹角，引出束流进行测试，并记录相应离子在传感器内能量沉积。

步骤103-2，调整传感器与离子束流夹角，并记录夹角，不少于3，并相应的记录离子在传感器内能量沉积，其中至少有一次夹角为90度，能量记录为。

步骤103-3，依据方程列出方程组，并依据第103-1和103-2步的记录值，进行方程组求解。

其中，i为不同测试序数；Ei为不同测试的离子在灵敏区内能量沉积；Et为传感器垂直于离子来流方向时在灵敏区内能量沉积；为不同入射离子在窗材料中的能量损失率；l为半导体传感器的窗厚。

图2为本发明的一个实施案例的离子束流与传感器平面之间形成夹角的示意图。

图3和图4为本发明的一个实施例的半导体窗厚测试装置的结构示意图。半导体窗厚测试装置包括离子枪7、真空罐4及真空转台6部分。

所述离子枪7用来输出测试所需要的离子束流。

所述真空罐4由不锈钢材料构成，真空罐4为圆筒状，为测试提供真空腔体空间，离子枪与真空罐壁连接，底部安装有真空转台。

所述真空转台6为弱磁结构，用来为测试传感器和离子检测仪8提供适当配合位置，真空转台6的支架可以安装离子检测仪8、待测半导体传感器。使得在需要检测离子的时候的将离子检测仪8移动至离子束流区域，测试期间移离束流区域，并且把半导体传感器窗2移入。

其中，所述真空转台6包括转台托盘10、转台支架9及转台导轨11。

所述离子束流到达传感器位置处的束流的能散度小于10keV，尽可能降低测量误差。束流至少可以连续输出束流1分钟以上，以便于可以进行稳定的测试。

所述电真空罐的内部横截面积不小于10cm²，以便于安装可以开展试验所需设备，内壁光滑，内表面不平整度小于1cm，以便于降低内壁的粒子散射。所述真空罐至少有1端可以开门，同时门的直径与真空罐内径相差在10％以内，以便于在试验前后物品的进出。

所述真空转台采用双导轨、双支架，便于两个支架可以独立运行；1个支架用来安装离子检测仪，1个支架用来安装待测传感器。所述真空转台，转台支架可以水平两个方向移动，移动精度为不低于1cm，转台托盘可以在垂直方向移动和转动，移动精度为不低于1cm，转动精度不低于1度，以便于尽可能的降低测量和试验的对准误差。

所述真空罐在试验时期应保持在10^-3Pa以上真空度，以降低残留气体对于束流干扰和低气压放电。

如图5为本发明的一个实施例的真空转台6示意图。真空转台6为弱磁结构，用来为待测试半导体传感器窗2和离子检测仪8提供适当配合位置，真空转台6的支架可以安装离子检测仪8、待测半导体传感器窗2。使得在需要离子检测时候的将离子监测仪8移动至离子束流区域，离子照射传感器的时候离子检测仪移离离子束流区域，并且把待半导体传感器窗2移入离子束流区域。其中，所述真空转台包括转台托盘、转台支架及转台导轨。

在本实施例中，离子束流到达传感器位置处的束流的能散度小于10keV，尽可能降低测量误差。束流至少可以连续输出束流1分钟以上，以便于可以进行稳定的测试。

在本实施例中，真空罐的内部横截面积不小于10cm²，以便于安装可以开展充放电试验所需设备，内壁光滑，内表面不平整度小于1cm。真空罐至少有1端可以开门，同时门的直径与真空罐内径相差在10％以内，以便于在试验前后物品的进出。

在本实施例中，真空转台采用双导轨、双支架，便于两个支架可以独立运行；1个支架用来安装离子检测仪，1个支架用来安装待测传感器。所述真空转台，转台支架可以水平两个方向移动，移动精度为不低于1cm，转台托盘可以在垂直方向移动和转动，移动精度为不低于1cm，转动精度不低于1度，以便于尽可能的降低测量和试验的对准误差。

在本实施例中，真空罐在试验时期应保持在10^-3Pa以上真空度，以降低残留气体对于离子束流干扰和低气压放电。

总之，本发明提出了一种半导体传感器窗厚测量方法及装置，定标方法包括3个步骤，包括初估离子射程、选定离子和能量及开展测试，及测量装置包括离子枪、真空罐及真空转台部分构成。离子加速器用于输出相应能量离子，真空罐内真空转台携带离子检测仪和待测传感器先后对离子束流进行测量。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。