双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法

本发明涉及电子器件的仿真模拟，具体而言，涉及一种双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法。

背景技术：

1、由于空间各种高能带电粒子的存在，在轨飞行航天器不可避免地会受其影响，而电子器件在服役过程中受到的影响尤为突出。空间高能带电粒子包括电子、质子及重离子，电子器件损伤主要包括电离辐射效应、位移辐射效应及电离和位移协同效应。在苛刻的空间环境下，不同的带电粒子对电子器件造成不同的性能损伤，这些损伤轻则引起器件性能退化，重则造成航天器整体失效，因此对于电子器件辐射损伤的机理研究不容忽视。

2、双极晶体管及电路因为其具有独特的性能指标且性能良好，在空间环境和航天器中得到了广泛的应用。然而双极工艺的晶体管及电路对电离效应和位移效应均比较敏感，随着空间环境下电子器件失效分析的研究不断进展，研究者们逐渐意识到通过单一的质子辐照或者电子辐照进行位移、电离效应分析并不能满足实际空间环境下电子器件的工作要求，因为空间环境中的大多数离子(如质子、电子)，既能产生电离辐射效应，又能产生位移辐射效应。

3、通常双极晶体管的电离辐射效应主要是指带电粒子入射导致sio2氧化层中产生了氧化物电荷，si/sio2界面处产生界面态陷阱。双极晶体管的位移辐射效应主要是指带电粒子入射后在硅中产生空位和间隙原子。目前针对双极晶体管的协同效应研究时，大多数考虑的为氧化层中的电离效应与硅中位移效应之间的交互作用，恰恰忽略了带电粒子入射后同样会在氧化层中产生位移损伤，那么氧化层中的位移损伤与电离损伤之间的交互作用是不可避免的。为了研究氧化层中的位移损伤与电离损伤之间的交互作用，可以采用地面试验以及计算机仿真模拟的方法进行。地面试验可以采用多种辐照源进行顺序辐照，从而实现协同效应的研究。然后为了研究氧化层中的位移缺陷与电离缺陷之间的协同作用，就势必不能在进行顺序辐照的时候对硅体中也造成位移缺陷。因此，需要精准的控制辐照源的能量，使得其产生的位移缺陷仅在氧化层中。但是，由于辐照过程受到多种因素的影响，辐照源难以精准控制其能量，导致采用地面试验的方法进行研究往往会存在较大的误差。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是地面试验研究氧化层中电离/位移协同效应对双极晶体管的作用机制时存在误差较大的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，包括如下步骤：

3、步骤s1：构建双极晶体管的氧化层模型，所述双极晶体管的氧化层模型与高能光子相互作用发生电离辐射效应后，得到电离辐射效应缺陷模型，所述电离辐射效应缺陷模型包括第一缺陷参数；

4、步骤s2：将带电粒子与所述双极晶体管的氧化层模型相互作用发生位移辐射效应，得到位移辐射效应缺陷模型，通过srim软件计算出所述位移辐射效应缺陷模型的第二缺陷参数；

5、步骤s3：将所述第一缺陷参数与所述第二缺陷参数相关联后输入所述电离辐射效应缺陷模型后，得到电离/位移协同效应缺陷模型，获取所述电离/位移协同效应缺陷模型的第三缺陷参数；统计并分析所述第一缺陷参数、所述第二缺陷参数和所述第三缺陷参数。

6、进一步地，步骤s1中，所述构建双极晶体管的氧化层模型，所述双极晶体管的氧化层模型与高能光子相互作用发生电离辐射效应后，得到电离辐射效应缺陷模型，包括：

7、利用tcad软件构建出所述双极晶体管的氧化层模型，模拟经过辐照后，所述氧化层与所述高能光子相互作用产生电子-空穴对，所述电子和所述空穴在所述氧化层的内部电场作用下移动，并与所述氧化层中的氢分子和缺陷发生反应释放质子，所述质子与氢钝化的悬挂键反应生成界面态陷阱，所述空穴与所述氧化层中的缺陷反应生成氧化物陷阱电荷后，得到所述电离辐射效应缺陷模型。

8、进一步地，根据所述辐照的剂量率、所述电子和所述空穴在所述氧化层中发生反应的过程构建计算模型，获取所述电离辐射效应缺陷模型的所述第一缺陷参数。

9、进一步地，所述第一缺陷参数包括缺陷类型和缺陷浓度，所述缺陷类型至少包括界面态陷阱、固有氧空位缺陷、固有浅能级含氢氧空位缺陷、固有深能级含氢氧空位缺陷、带电的浅能级缺陷和带电的深能级缺陷。

10、进一步地，步骤s2中，所述将带电粒子与所述双极晶体管氧化层模型相互作用发生位移辐射效应，得到位移辐射效应缺陷模型，通过srim软件计算出所述位移辐射效应缺陷模型的第二缺陷参数，包括：

11、将所述带电粒子发射入所述氧化层，得到所述位移辐射效应缺陷模型；所述带电粒子的注量与实际试验注量相同，再通过srim软件计算出所述位移辐射效应缺陷模型的所述第二缺陷参数。

12、进一步地，所述带电粒子包括氧离子，所述第二缺陷参数包括氧空位缺陷浓度。

13、进一步地，步骤s3中，所述将所述第一缺陷参数与所述第二缺陷参数相关联后输入所述电离辐射效应缺陷模型后，得到电离/位移协同效应缺陷模型，获取所述电离/位移协同效应缺陷模型的第三缺陷参数，包括：

14、将所述固有氧空位缺陷浓度和所述氧空位缺陷浓度的和作为最终氧空位缺陷浓度输入所述电离辐射效应缺陷模型，得到所述电离/位移协同效应缺陷模型，获取所述电离/位移协同效应缺陷模型的所述第三缺陷参数。

15、进一步地，所述第三缺陷参数包括界面态陷阱浓度。

16、进一步地，步骤s1中，所述高能光子包括γ射线。

17、进一步地，步骤s1中，所述双极晶体管是指lpnp型双极晶体管。

18、本发明所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法相对于现有技术的优势在于，通过将带电粒子与所述双极晶体管的氧化层模型相互作用发生位移辐射效应得到位移辐射效应缺陷模型，再通过srim软件计算出所述位移辐射效应缺陷模型的第二缺陷参数，将第二缺陷参数与构建的双极晶体管的氧化层模型中固有的参数相关联后，作为输入项加入到双极晶体管的氧化层模型与高能光子相互作用发生电离辐射效应的过程中，即将对应位移辐射效应的第二缺陷参数与构建的双极晶体管的氧化层模型中的固有缺陷相结合后，作为电离辐射过程的初始设置参数，进行电离辐射效应仿真过程，进而实现了模拟位移辐射与电离辐射之间的直接协同效应的过程。统计并分析所述第一缺陷参数、所述第二缺陷参数和所述第三缺陷参数，对电离/位移直接协同效应缺陷模型进行验证，避免地面试验过程中，辐照过程受到多种因素的影响，辐照源难以精准控制能量等问题，提高了仿真的精准度，相对于地面试验研究方法减小了误差。

技术特征：

1.一种双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，步骤s1中，所述构建双极晶体管的氧化层模型，所述双极晶体管的氧化层模型与高能光子相互作用发生电离辐射效应后，得到电离辐射效应缺陷模型，包括：

3.根据权利要求2所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，根据所述辐照的剂量率、所述电子和所述空穴在所述氧化层中发生反应的过程构建计算模型，获取所述电离辐射效应缺陷模型的所述第一缺陷参数。

4.根据权利要求3所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，所述第一缺陷参数包括缺陷类型和缺陷浓度，所述缺陷类型至少包括界面态陷阱、固有氧空位缺陷、固有浅能级含氢氧空位缺陷、固有深能级含氢氧空位缺陷、带电的浅能级缺陷和带电的深能级缺陷。

5.根据权利要求1所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，步骤s2中，所述将带电粒子与所述双极晶体管氧化层模型相互作用发生位移辐射效应，得到位移辐射效应缺陷模型，通过srim软件计算出所述位移辐射效应缺陷模型的第二缺陷参数，包括：

6.根据权利要求5所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，所述带电粒子包括氧离子，所述第二缺陷参数包括氧空位缺陷浓度。

7.根据权利要求1所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，步骤s3中，所述将所述第一缺陷参数与所述第二缺陷参数相关联后输入所述电离辐射效应缺陷模型后，得到电离/位移协同效应缺陷模型，获取所述电离/位移协同效应缺陷模型的第三缺陷参数，包括：

8.根据权利要求7所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，所述第三缺陷参数包括界面态陷阱浓度。

9.根据权利要求1所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，步骤s1中，所述高能光子包括γ射线。

10.根据权利要求1所述的双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，其特征在于，步骤s1中，所述双极晶体管是指lpnp型双极晶体管。

技术总结
本发明一种双极晶体管氧化层中电离/位移协同效应的仿真方法，涉及电子器件的仿真模拟技术领域，包括如下步骤：构建双极晶体管的氧化层模型，双极晶体管的氧化层模型与高能光子相互作用发生电离辐射效应后，得到电离辐射效应缺陷模型；将带电粒子与双极晶体管的氧化层模型相互作用发生位移辐射效应，得到位移辐射效应缺陷模型，通过SRIM软件计算出位移辐射效应缺陷模型的第二缺陷参数；将第一缺陷参数与第二缺陷参数相关联后输入电离辐射效应缺陷模型后，得到电离/位移协同效应缺陷模型，获取电离/位移协同效应缺陷模型的第三缺陷参数。本发明避免了地面试验过程中，辐照源难以精准控制能量等问题，提高了仿真的精准度，减小了误差。

技术研发人员：李兴冀,杨剑群,魏亚东,应涛
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12