1.本发明涉及激光微束单粒子效应实验领域，具体涉及一种适用于激光微束单粒子瞬态效应实验的降噪方法。
背景技术：
2.随着半导体技术的不断发展，半导体芯片的特征尺寸已缩小至几个纳米的量级，芯片特征尺寸的减小意味着空间单个高能粒子产生的电子-空穴对将会对芯片的可靠性产生越来越严重的影响，芯片的抗单粒子效应能力随之削弱。
3.作为地面单粒子效应考核试验的重要组成部分，激光微束单粒子效应实验凭借其独特的优势发挥着越来越重要的作用。首先，激光微束的束斑尺寸可以低至微米量级，在经过特殊的透镜系统聚焦后甚至能达到更小的束斑尺寸，这使得激光微束实验在获取芯片的单粒子效应敏感区分布上具有显著优势；其次，实验中激光脉冲的能量连续可调，虽然激光和高能粒子诱发半导体材料产生电子-空穴对的机理不同，但是对于芯片单粒子效应的宏观表征而言还是有很多相似之处，这对于获取芯片的单粒子效应阈值是十分关键的；再次，激光微束实验的安全性较高，不会对芯片产生累积剂量损伤，实验人员自身除了佩戴护目镜之外，无需考虑其他的辐射防护；最后，由于国内外大型粒子加速器设备的机时往往十分宝贵，而激光微束实验作为很好的补充能够为实验人员提供很好的参考作用。
4.现有的激光实验中伴随着较强的激光器本底噪声，该噪声和器件瞬态信号相叠加，使得器件的瞬态信号波形失真甚至被噪声信号淹没，这对于实验人员获取有效的单粒子瞬态波形数据是极其不利的，如何降低激光器本底噪声对单粒子瞬态效应实验的干扰成为了亟待解决的关键问题。若从激光器自身出发，降低其发射激光脉冲时的本底噪声是十分困难的，且需要花费高昂的设备升级改造费用，使得实验成本大幅增加。
5.中国专利cn103983428a公开了一种测量全光纤脉冲激光器ase噪声的方法，该方法介绍了如何通过仪器测试激光器的ase噪声，是一种外部测量手段，但是，该方法需设置专用的测量设备。中国专利cn101030690a公开了一种提高输出稳定性的脉冲激光器，通过增加一系列的控制装置提高激光器的输出稳定性，进而降低激光器的本底噪声，是从激光器源头出发，降低其本底噪声的手段，但是，其同样需要配备专用的降噪装置。
技术实现要素：
6.针对现有单粒子瞬态效应实验时激光器本底噪声对获取的单粒子瞬态波形数据造成干扰的问题，本发明提供一种适用于激光微束单粒子瞬态效应实验的降噪方法，该方法是一种实验数据后处理的方法，在不增加专用降噪设备以及噪声测量设备的前提下，从实验数据中有效剔除激光器本底噪声的影响。
7.为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
8.将激光器的ttl电平发射端口连接至示波器的外部触发信号通道，并设置示波器的触发模式为外部通道触发，即将示波器的触发电平设置为激光器ttl电平峰值以下，以确
保示波器能够正常触发捕获信号。
9.设置好实验条件后，经过单粒子瞬态摸底实验确定芯片对单粒子效应不敏感的区域和敏感的区域；将激光聚焦位置移动至芯片set响应不敏感的位置，并选择一个小区域进行逐点扫描，扫描过程中不断保存示波器信号通道采集到的波形数据，由于扫描区域内芯片的set响应不敏感，因此采集到的波形数据可视为激光器在该实验条件下的本底噪声。接着，对芯片的set敏感区域进行常规的set考核实验，并保存信号通道的波形数据。
10.最后，在实验数据后处理的过程中，对于区域a获取的噪声波形进行均值化处理，得到接近真实本底噪声的近似波形，接着在区域b获取的set波形中减去该均值化后的噪声波形，即可较大程度上剔除激光器本底噪声的影响。
11.本发明与现有技术相比，主要的技术优点体现在：
12.1.本发明方法能够对单粒子瞬态效应实验获取的单粒子瞬态波形进行去除噪声处理，从而获取较为准确的单粒子瞬态波形。
13.2.本发明方法无需对原有激光微束实验系统进行任何的升级改造，是一种实验后的数据处理降噪方法，方法简单易实现，实施过程极其简单。
14.3.本发明方法对于待测芯片没有特殊需求，适用于几乎所有需要用示波器捕获单粒子瞬态信号的实验条件，适用范围较广。
附图说明
15.图1为本发明激光微束单粒子瞬态效应波形降噪流程图；
16.图2为本发明实施例中捕获噪声区域a和开展效应实验的区域b的划分示意图；
17.图3为本发明实施例中对区域a进行扫描捕获本底噪声信号的平均值示意图；
18.图4为本发明实施例中对区域b进行单粒子瞬态波形捕获的示意图；
19.图5为本发明实施例中剔除激光器本底噪声后的单粒子瞬态波形示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
21.本发明提供一种适用于激光微束单粒子瞬态实验的激光器本底噪声处理方法，该方法是一种实验数据后处理的方法，在不增加专用降噪设备以及噪声测量设备的前提下，从实验数据中有效剔除激光器本底噪声的影响。
22.本发明方法的原理是：在激光微束平台开展单粒子瞬态效应实验，往往需要用到示波器来抓取芯片电极的瞬态波形信号，而获取的波形信号往往是真实瞬态波形和激光器本底噪声波形之间的叠加，因此需要在实验测量获取的瞬态波形的基础上减去激光器本底噪声即可获得接近真实状态的单粒子瞬态波形信号。
23.基于上述原理，本发明提供的适用于激光微束单粒子瞬态效应实验的降噪方法具体包括以下步骤：
24.步骤一、将激光器的ttl电平发射端口连接至示波器的外部触发信号通道，其他的示波器触发通道(例如channel 1、channel 2、channel 3等)用于捕获芯片的set信号；随后
设置示波器的触发模式为外部通道触发，即将示波器的触发电平设置为激光器ttl电平峰值以下，以确保示波器能够在激光器出光时正常触发捕获信号；
25.步骤二、进行激光实验前需确定实验条件，这是因为不同的实验条件激光器产生的本底波形噪声不尽相同，因此，该步骤中，设定激光脉冲能量、芯片偏置条件以及激光入射位置等；随后，对于芯片的set敏感区域进行摸底实验，确定芯片对set不敏感的区域a以及敏感区域b；
26.步骤三、将激光聚焦位置移动至区域a，选择区域a内的一小块矩形，例如一个5μm
×
5μm的矩形区域，在此区域内设定激光器为逐点扫描模式，扫描步长设定为1μm，接着进行set实验，捕获信号端口的波形数据(一共产生6
×
6＝36个波形数据)；
27.步骤四、将激光聚焦位置移动至敏感区域b，并进行正常的set实验，捕获响应的通道波形数据；
28.步骤五、实验结束后，对波形数据进行后处理分析，对于步骤四中得到的本底噪声波形数据进行平均处理，获取该实验条件下近似的激光器本底噪声；
29.步骤六、将步骤四中得到的敏感区域内的set波形数据减去步骤五中的激光器本底噪声，即可得到更为真实平滑的芯片set波形。
30.在本发明实施例中，以一款锗硅异质结双极晶体管(sige hbt)的单粒子瞬态波形降噪为例，按照图1所示的降噪过程介绍如何在激光微束实验中抓取更为有效的单粒子瞬态(single-event transient，set)波形，在不改变原有实验条件的基础上如何有效的去除激光器本底噪声的影响。
31.首先，将激光器上的外部同步输入端口(sync in)，即与激光脉冲触发同步的ttl电平输出端口连接至示波器的外部触发通道，并设置触发模式为外部通道触发，触发电平设置为ttl电平的幅值以下，以保证示波器能够和激光脉冲同步触发。
32.接着，固定激光器的脉冲能量为2nj，并将芯片的偏置条件固定设置为正向导通模式(v
ce
＝2v，v
be
＝0.9v)，实验的目的是抓取芯片集电极的单粒子瞬态脉冲信号。
33.经过单粒子瞬态摸底实验，确定有金属布线层遮挡的区域对单粒子效应不敏感(因为激光脉冲不能穿透金属布线层)，接着，在金属布线层覆盖的区域中划定扫描区域a(如图2所示)，对该区域进行逐点扫描(扫描步长设定为1微米)，捕捉相应位置的集电极单粒子瞬态波形数据并保存。
34.随后，将激光聚焦位置移动至效应敏感区b(如图2所示)，开展常规的单粒子瞬态效应实验，并保存相应位置的波形数据。
35.实验结束后，进行数据处理工作，首先将区域a捕获的所有集电极波形数据进行叠加(set
total
)，然后除以总的扫描点数n，即可得到近似的激光器本底测试噪声(set
noise
)，如图3所示。
36.最后，如图4所示，将区域b获得的常规单粒子瞬态波形(set
normal
)，减去激光器本底测试噪声(set
noise
)即可得到接近真实实验情况的单粒子瞬态波形(set
real
)，如图5所示，至此后处理的降噪过程结束。