一种基于氢离子注入的双极型器件eldrs效应加速实验方法
【专利摘要】一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法，属于电子【技术领域】，本发明为解决现有双极型器件的ELDRS效应地面模拟实验没有加速实验的普遍适用方法，即不能用高剂量率辐照实验来实现低剂量率增强效应加速实验的问题。具体过程为：根据选取的双极型器件钝化层厚度和密度，利用SRIM软件进行仿真，获取注入氢离子的能量与射程；利用TCAD软件进行仿真，获取抗辐照性能参数：电流增益；改变氢离子的注量，使TCAD模拟双极型器件的电流增益变化量小于10%，记录氢离子注量；根据注入氢离子的能量、射程和注量，在钝化层中注入氢离子；对注入氢离子后的双极型器件进行辐照实验。本发明用于空间辐照环境中。
【专利说明】一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方
法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双极型器件ELDRS效应的加速实验方法，属于电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在电离辐射环境中，双极型器件及电路在低剂量率辐照下受到的辐射损伤，要比在高剂量率条件下大得多，这就是所谓的低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS — EnhancedLow Dose Rate Sensitivity)。电子元器件在空间环境服役期间普遍存在着ELDRS效应,这给电子元器件的抗辐射能力地面辐照模拟实验测试评估方法带来了巨大挑战。由于航天器在轨服役期间所受到的典型辐照剂量率为10_4?10_2rad(Si)/s，而通常的地面辐照实验所用的剂量率为50?300rad(Si)/s。由于ELDRS效应的存在，使得地面实验室测试方法得到的器件抗辐射水平与在空间环境下使用的双极器件的实际抗辐射能力严重不符合，从而给航天电子系统的可靠性带来极大的隐患。自上世纪90年代起，双极器件(晶体管及电路)低剂量率增强效应(ELDRS)及机理就一直是电子器件空间辐照效应研究的热点问题。由于航天器在轨辐照环境的辐照剂量率很低，而地面模拟实验不可能完全模拟在轨的剂量率条件，需要进行相应的加速实验。然而，目前尚没有ELDRS效应加速实验的普适方法。如果地面实验采用实际空间环境的低剂量率评估电子元器件进行抗辐射能力既不经济又耗时，需要对双极器件的ELDRS效应进行加速实验。
【发明内容】
[0003]本发明目的是为了解决现有双极型器件的ELDRS效应地面模拟实验没有加速实验的普遍适用方法，即不能用高剂量率辐照实验来实现低剂量率增强效应加速实验的问题，提供了一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法。
[0004]本发明所述一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法，该方法的具体过程为:
[0005]步骤一、选取一个双极型器件，根据选取的双极型器件钝化层的厚度和密度，利用SRIM软件对该双极型器件的结构进行仿真，获取注入的氢离子的能量与射程；
[0006]步骤二、根据步骤一确定的氢离子的能量与射程，利用TCAD软件对选取的双极型器件结构进行仿真，获取抗辐照性能参数；所述抗辐照性能参数包括电流增益、过剩基极电流、电源电流和输入电流；
[0007]步骤三、改变注入双极型器件的氢离子的注量，使TCAD模拟双极型器件的电流增益变化量小于10%，记录此时的氢离子的注量；
[0008]步骤四、根据步骤一获取的注入氢离子的能量与射程和步骤三获取的注入氢离子的注量，在选取的双极型器件的钝化层中注入氢离子；
[0009]步骤五、对注入氢离子后的双极型器件进行辐照实验。
[0010]本发明的优点:氢离子的注入会对电子器件的ELDRS效应有着显著的影响，进而影响器件的抗辐照能力，这说明氢离子的注入可为深入研究ELDRS效应的微观物理机制提供依据。氢离子的注入使双极型器件内部电离损伤缺陷的状态发生改变，从而加速了电子元器件的ELDRS效应。本发明基于不同能量和注量的氢离子注入技术，通过控制不同能量及注量的氢离子注入，大大加速了双极型器件的ELDRS效应，增强了双极晶体管的电流增益损伤程度，进而达到缩短ELDRS效应实验时间的目的。
[0011]本发明的ELDRS效应加速实验方法步骤简单、易于操作，并且该方法具有耗时少、成本低的特点，可用于空间辐照环境下双极型器件ELDRS效应的实验，也可为优化双极型器件和电路的抗辐照性能提供必要依据。本发明的ELDRS效应加速实验方法对电子元器件的ELDRS效应测试和研究具有重大的意义。在双极型器件ELDRS效应研究与抗辐照加固技术的应用中，有着明显的优势和广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是双极晶体管的电离辐射缺陷分布示意图；
[0013]图2是在不同注量的70keV氢离子注入条件下，电流增益变化量随辐照注量的变化关系不意图。
【具体实施方式】
[0014]【具体实施方式】一:本实施方式所述一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法，该方法的具体过程为:
[0015]步骤一、选取一个双极型器件，根据选取的双极型器件钝化层的厚度和密度，利用SRIM软件对该双极型器件的结构进行仿真，获取注入的氢离子的能量与射程；
[0016]步骤二、根据步骤一确定的氢离子的能量与射程，利用TCAD软件对选取的双极型器件结构进行仿真，获取抗辐照性能参数；所述抗辐照性能参数包括电流增益、过剩基极电流、电源电流和输入电流；
[0017]步骤三、改变注入双极型器件的氢离子的注量，使TCAD模拟双极型器件的电流增益变化量小于10%，记录此时的氢离子的注量；
[0018]步骤四、根据步骤一获取的注入氢离子的能量与射程和步骤三获取的注入氢离子的注量，在选取的双极型器件的钝化层中注入氢离子；
[0019]步骤五、对注入氢离子后的双极型器件进行辐照实验。
[0020]【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤一所述的氢离子的能量的范围为:60keV-110keV。
[0021]【具体实施方式】三:本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤三所述的氢离子的注量的范围为:lE9p/cm2-lEllp/cm2。
[0022]本发明所所述一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法，其应用对象包括NPN器件、PNP器件、数字双极电路、模拟双极电路及数模/模数电路。在不影响双极器件的ELDRS效应微观物理机制的基础上，通过氢离子注入，加剧器件内部的电离辐射缺陷产生，从而起到加速实验其ELDRS效应的目的。双极晶体管的电离辐射缺陷分布示意图，如图1所示。.[0023]低剂量率增强效应(ELDRS效应)所产生的辐射损伤是以正氧化物电荷与界面态为主，这两类缺陷会对器件的过剩基极电流和电流增益产生较大的影响，导致器件发生性能退化。高剂量率辐照会在器件的氧化物层中形成电荷区阻碍电离辐射缺陷的产生与传输，通过不同能量和注量的氢离子注入技术，可以避免器件的钝化层内部产生电荷区，大大提升电离辐射缺陷的密度以及氧化物电荷及界面态的产生速度，进而缩短低剂量率增强试验的测试时间，达到用不同能量和注量的氢离子注入条件下高剂量率辐照实验来实现低剂量率增强效应加速试验的目的。
[0024]为了说明氢离子注入技术对双极晶体管低剂量率增强效应的影响，图2给出了在不同注量的70keV氢离子注入条件下，电流增益变化量随辐照注量的变化关系示意图。曲线I表示无离子注入，高剂量率时的电流增益变化量；曲线2表示注入量为lE9p/cm2时的电流增益变化量；曲线3表示注入量为ΙΕΙΟρ/cm2时的电流增益变化量；曲线4表示注入量为lEllp/cm2时的电流增益变化量；曲线5表示低剂量率时的电流增益变化量。由图可见，氢离子注入的注量越高，相同吸收剂量下辐射损伤越大，其中，注量为lEllp/cm2的氢离子注入条件高剂量率辐照结果和低剂量率辐照条件最为接近。
【权利要求】
1.一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法，其特征在于，该方法的具体过程为: 步骤一、选取一个双极型器件，根据选取的双极型器件钝化层的厚度和密度，利用SRIM软件对该双极型器件的结构进行仿真，获取注入的氢离子的能量与射程； 步骤二、根据步骤一确定的氢离子的能量与射程，利用TCAD软件对选取的双极型器件结构进行仿真，获取抗辐照性能参数；所述抗辐照性能参数包括电流增益、过剩基极电流、电源电流和输入电流； 步骤三、改变注入双极型器件的氢离子的注量，使TCAD模拟双极型器件的电流增益变化量小于10%,记录此时的氢尚子的注量； 步骤四、根据步骤一获取的注入氢离子的能量与射程和步骤三获取的注入氢离子的注量，在选取的双极型器件的钝化层中注入氢离子； 步骤五、对注入氢离子后的双极型器件进行辐照实验。
2.根据权利要求1所述一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法，其特征在于，步骤一所述的氢离子的能量的范围为:60keV-110keV。
3.根据权利要求1所述一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法，其特征在于，步骤三所述的氢离子的注量的范围为:lE9p/Cm2-lEllp/Cm2。
4.根据权利要求3所述一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法，其特征在于，步骤三所述的氢离子的注量为lEllp/cm2。
5.根据权利要求1所述一种基于氢离子注入的双极型器件ELDRS效应加速实验方法，其特征在于，所述双极型器件包括NPN器件、PNP器件、数字双极电路、模拟双极电路及数模/模数电路。
【文档编号】G06F17/50GK103870664SQ201410135842
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】李兴冀, 刘超铭, 杨剑群, 肖景东, 何世禹, 杨德庄 申请人:哈尔滨工业大学