基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法
【專利摘要】基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法，涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】。它是為了解決低劑量率增強試驗的測試時間長，導(dǎo)致過?；鶚O電流和電流增益產(chǎn)生較大的影響的問題。本發(fā)明的低劑量率增強效應(yīng)加速試驗方法步驟簡單，易于操作。本發(fā)明的低劑量率增強效應(yīng)加速試驗方法步驟簡單，易于操作。本發(fā)明所提出的技術(shù)途徑能夠大幅度降低低劑量率增強效應(yīng)試驗的時間與費用，同比降低了15%以上，也可為優(yōu)化雙極晶體管和電路抗輻照性能提供必要依據(jù)，減小過?；鶚O電流和電流增益產(chǎn)生的影響，同比減小了15%，對電子元器件的低劑量率增強效應(yīng)測試和研究具有重大的意義。本發(fā)明適用于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在電離輻射環(huán)境中，雙極型器件及電路在低劑量率輻照下受到的輻射損傷，要比在高劑量率條件下大得多，這就是所謂的低劑量率輻射損傷增強效應(yīng)(ELDRS)。電子元器件在空間環(huán)境服役期間普遍存在著ELDRS效應(yīng)，這給電子元器件的抗輻射能力地面輻照模擬實驗測試評估方法帶來了巨大挑戰(zhàn)。如果采用實際空間環(huán)境的典型劑量率(10_4?10-2rad(Si)/s)對電子元器件進(jìn)行抗輻射能力評估，輻照實驗耗時長、費用高。然而，目前地面實驗室實際所采用的主要是根據(jù)美軍標(biāo)的大劑量率50?300rad(Si)/s的輻照標(biāo)準(zhǔn)，由于ELDRS效應(yīng)的存在，這意味著采用這種高劑量率測試方法得到的器件抗輻照水平與在衛(wèi)星、航天器等低劑量率輻照環(huán)境下使用的電子元器件實際的抗輻射能力嚴(yán)重不符，從而給衛(wèi)星、航天器等電子系統(tǒng)的可靠性帶來極大隱患。因此，找到一種耗時短、成本低且會產(chǎn)生與低劑量率輻照條件下相同的物理機制的雙極型器件ELDRS效應(yīng)的加速評估方法具有重要意義。另一方面，由于空間用電子元器件在使用時必須對其施加偏置，偏置條件對電子器件的ELDRS效應(yīng)有著顯著的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決低劑量率增強試驗的測試時間長，導(dǎo)致過?；鶚O電流和電流增益產(chǎn)生較大的影響的問題，從而提供了基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法。
[0004]基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法，該方法的具體步驟為:
[0005]步驟一:首先選用待實驗的雙極型器件采用低劑量率進(jìn)行輻照，低劑量率為
0.001rad/s-0.lrad/s，輻照溫度為_200°C?+50°C，當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝坷塾嫷降蛣┝柯瘦椪湛倓┝康?/10至1/5時停止輻照，并記錄該器件的性能變化曲線；
[0006]步驟二:另選擇待實驗的同一類型的雙極型器件，先采用高劑量率輻照，所述高劑量率為lrad/s?1000rad/S，輻照溫度為0°C?100°C之間；當(dāng)高劑量輻照所產(chǎn)生的性能變化達(dá)到步驟一所述的性能變化的50%-80%，轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照；劑量率、輻照劑量和輻照溫度與步驟一所述相同；
[0007]步驟三:重復(fù)步驟二多次，直至器件在低劑量率輻照條件下的劑量累積到試驗所要求的低劑量率輻照總劑量；高劑量率輻照轉(zhuǎn)換為低劑量率輻照的轉(zhuǎn)換節(jié)點為器件性能變化達(dá)到上一次低劑量率輻照的性能變化的50%?80% ;每次低劑量率輻照劑量大于或等于I X 104rad,低劑量率的輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad ;每次高劑量率輻照劑量大于或等于I X 105rad,高劑量率的輻照總劑量為I X 106rad?I X 107rad ;試驗完畢后，記錄輻照過程中器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度。[0008]基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法，其特征在于:
[0009]步驟一:首先采用低劑量率對雙極型器件進(jìn)行輻照，所述低劑量率為0.0Olrad/s?0.lrad/s,福照溫度為室溫；
[0010]步驟二:當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝看笥诨虻扔趌X104rad后，轉(zhuǎn)換到高劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，所述高劑量率為lrad/s?lOOOrad/s，在高劑量率輻照時，溫度低于-100度，當(dāng)高劑量率到達(dá)總劑量1/10到1/5時，將器件溫度升高至100度并保持5分鐘?10分鐘；再轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，輻照的溫度為室溫；
[0011]步驟三:重復(fù)步驟一和步驟二多次，直至器件的性能變化量達(dá)到原始性能的80%以上，低劑量率輻照時劑量大于或等于I X 104rad,輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad,記錄輻照過程中雙極型器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度，重構(gòu)低劑量率敏感性能參數(shù)的曲線。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的低劑量率增強效應(yīng)加速試驗方法步驟簡單，易于操作。本發(fā)明所提出的技術(shù)途徑能夠大幅度降低低劑量率增強效應(yīng)試驗的時間與費用，同比降低了 15%以上，也可為優(yōu)化雙極晶體管和電路抗輻照性能提供必要依據(jù)，減小過?；鶚O電流和電流增益產(chǎn)生的影響，同比減小了 15%，對電子元器件的低劑量率增強效應(yīng)測試和研究具有重大的意義。在雙極型器件低劑量率增強效應(yīng)研究與抗輻照加固技術(shù)應(yīng)用中，有著明顯的優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為【具體實施方式】一的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法的流程示意圖；
[0014]圖2為【具體實施方式】二的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法的流程示意圖；
[0015]圖3為【具體實施方式】一的獲得總劑量與性能退化之間的關(guān)系示意圖；
[0016]圖4為【具體實施方式】二的獲得輻照劑量與電流增益變化量的關(guān)系示意圖；
[0017]圖5為不同劑量率條件下的雙極型器件正向輸入電流的變化結(jié)果仿真示意圖；
[0018]圖6為通過加速試驗方法處理后的試驗結(jié)果曲線仿真示意圖；
[0019]圖7為通過低溫條件下方法處理后的試驗結(jié)果曲線仿真示意圖。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法，該方法的具體步驟為:
[0021]步驟一:首先選用待實驗的雙極型器件采用低劑量率進(jìn)行輻照，低劑量率為
0.001rad/s-0.lrad/s，輻照溫度為_200°C?+50°C，當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝坷塾嫷降蛣┝柯瘦椪湛倓┝康?/10至1/5時停止輻照，并記錄該器件的性能變化曲線；
[0022]步驟二:另選擇待實驗的同一類型的雙極型器件，先采用高劑量率輻照，所述高劑量率為lrad/s?1000rad/S，輻照溫度為0°C?100°C之間；當(dāng)高劑量輻照所產(chǎn)生的性能變化達(dá)到步驟一所述的性能變化的50%-80%，轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照；劑量率、輻照劑量和輻照溫度與步驟一所述相同；[0023]步驟三:重復(fù)步驟二多次，直至器件在低劑量率輻照條件下的劑量累積到試驗所要求的低劑量率輻照總劑量；高劑量率輻照轉(zhuǎn)換為低劑量率輻照的轉(zhuǎn)換節(jié)點為器件性能變化達(dá)到上一次低劑量率輻照的性能變化的50%?80% ;每次低劑量率輻照劑量大于或等于
IX 104rad,低劑量率的輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad ;每次高劑量率輻照劑量大于或等于I X 105rad,高劑量率的輻照總劑量為I X 106rad?I X 107rad ;試驗完畢后，記錄輻照過程中器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度。
[0024]【具體實施方式】二:下面結(jié)合圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法，該方法的具體步驟為:
[0025]步驟一:首先采用低劑量率對雙極型器件進(jìn)行輻照，所述低劑量率為0.0Olrad/s?0.lrad/s,福照溫度為室溫；
[0026]步驟二:當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝看笥诨虻扔趌X104rad后，轉(zhuǎn)換到高劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，所述高劑量率為lrad/s?lOOOrad/s，在高劑量率輻照時，溫度低于-100度，當(dāng)高劑量率到達(dá)總劑量1/10到1/5時，將器件溫度升高至100度并保持5分鐘?10分鐘；再轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，輻照的溫度為室溫；
[0027]步驟三:重復(fù)步驟一和步驟二多次，直至器件的性能變化量達(dá)到原始性能的80%以上，低劑量率輻照時劑量大于或等于I X 104rad,輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad,記錄輻照過程中雙極型器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度，重構(gòu)低劑量率敏感性能參數(shù)的曲線。
[0028]【具體實施方式】三:本實施方式對【具體實施方式】一或二所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法作進(jìn)一步限定，本實施方式中，輻照源選擇6tlCo Y射線。
[0029]【具體實施方式】四:本實施方式對【具體實施方式】一或二所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法作進(jìn)一步限定，本實施方式中，敏感性能參數(shù)包括雙極型分立器件的電流增益、漏電流參數(shù)和雙極型電路的輸入失調(diào)電壓Vio、輸入偏置電流lbs、共模抑制比CMRR、開環(huán)電壓增益AvoL。
[0030]【具體實施方式】五:本實施方式對【具體實施方式】一或二所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法作進(jìn)一步限定，本實施方式中，所選雙極型電路的型號為LM741。
[0031]低劑量率增強效應(yīng)所產(chǎn)生的輻射損傷是以正氧化物電荷與界面態(tài)為主，這兩類缺陷會對器件的過?；鶚O電流和電流增益產(chǎn)生較大的影響，導(dǎo)致器件發(fā)生性能退化。高劑量率輻照會在器件的氧化物層中形成電荷區(qū)阻礙電離輻射缺陷的產(chǎn)生與傳輸，通過本方法，可以避免器件的鈍化層內(nèi)部產(chǎn)生電荷區(qū)，大大提升電離輻射缺陷的密度以及氧化物電荷及界面態(tài)的產(chǎn)生速度，進(jìn)而縮短低劑量率增強試驗的測試時間，達(dá)到用高劑量率輻照實驗來實現(xiàn)低劑量率增強效應(yīng)加速試驗的目的。
[0032]此外，在低溫條件下，由于電子的移動速度減慢，可使雙極器件氧化層內(nèi)所產(chǎn)生的電子空穴對移動減慢，可以有效抑制氧化層內(nèi)電荷區(qū)的產(chǎn)生，使其大大提升電離輻射缺陷的密度以及氧化物電荷及界面態(tài)的產(chǎn)生速度，進(jìn)而縮短低劑量率增強試驗的測試時間，也可實現(xiàn)采用高劑量率輻照試驗?zāi)M低劑量率增強效應(yīng)加速試驗的目的。為了驗證本方法的有效性，采用不同劑量率條件下的Co60輻照源，其中低劑量率為0.001rad/s-0.lrad/s，高劑量率為Irad/s-lOOOrad/s，測試樣品為LM741型雙極型器件。圖5為不同劑量率條件下的雙極型器件正向輸入電流的變化結(jié)果，圖6為通過本加速試驗方法處理后的試驗結(jié)果曲線。圖7為通過低溫條件下方法處理后的試驗結(jié)果曲線。如圖所示，采用本方法中的兩類技術(shù)的試驗結(jié)果與直接采用低劑量率進(jìn)行試驗的結(jié)果吻合良好。
【權(quán)利要求】
1.基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法，其特征在于:該方法的具體步驟為: 步驟一:首先選用待實驗的雙極型器件采用低劑量率進(jìn)行輻照，低劑量率為0.001rad/s-0.lrad/s，輻照溫度為-200°C?+50°C，當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝坷塾嫷降蛣┝柯瘦椪湛倓┝康?/10至1/5時停止輻照，并記錄該器件的性能變化曲線； 步驟二:另選擇待實驗的同一類型的雙極型器件，先采用高劑量率輻照，所述高劑量率為lrad/s?1000rad/S，輻照溫度為0°C?100°C之間；當(dāng)高劑量輻照所產(chǎn)生的性能變化達(dá)到步驟一所述的性能變化的50%-80%，轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照；劑量率、輻照劑量和輻照溫度與步驟一所述相同； 步驟三:重復(fù)步驟二多次，直至器件在低劑量率輻照條件下的劑量累積到試驗所要求的低劑量率輻照總劑量；高劑量率輻照轉(zhuǎn)換為低劑量率輻照的轉(zhuǎn)換節(jié)點為器件性能變化達(dá)到上一次低劑量率輻照的性能變化的50%?80% ;每次低劑量率輻照劑量大于或等于I X 104rad,低劑量率的輻照總劑量為I X 105rad?I X 106rad ;每次高劑量率輻照劑量大于或等于I X 105rad,高劑量率的輻照總劑量為I X 106rad?I X 107rad ;試驗完畢后，記錄輻照過程中器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度。
2.基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法，其特征在于:該方法的具體步驟為: 步驟一:首先采用低劑量率對雙極型器件進(jìn)行輻照，所述低劑量率為0.001rad/s?0.lrad/s,福照溫度為室溫； 步驟二:當(dāng)?shù)蛣┝柯瘦椪盏膭┝看笥诨虻扔贗X 104rad后，轉(zhuǎn)換到高劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，所述高劑量率為lrad/s?lOOOrad/s，在高劑量率輻照時，溫度低于-100度，當(dāng)高劑量率到達(dá)總劑量1/10到1/5時，將器件溫度升高至100度并保持5分鐘?10分鐘；再轉(zhuǎn)換到低劑量率對雙極型器件繼續(xù)進(jìn)行輻照，輻照的溫度為室溫； 步驟三:重復(fù)步驟一和步驟二多次，直至器件的性能變化量達(dá)到原始性能的80%以上，低劑量率福照時劑量大于或等于I X 104rad,福照總劑量為I X 105rad?I X 106rad,記錄福照過程中雙極型器件敏感性能參數(shù)的變化，確定雙極型器件輻照損傷退化程度，重構(gòu)低劑量率敏感性能參數(shù)的曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法，其特征在于:輻照源選擇6tlCo Y射線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于改變溫度及劑量率的加速實驗ELDRS效應(yīng)的方法，其特征在于:敏感性能參數(shù)包括雙極型分立器件的電流增益、漏電流參數(shù)和雙極型電路的輸入失調(diào)電壓Vio、輸入偏置電流lbs、共模抑制比CMRR、開環(huán)電壓增益AvoL。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于改變溫度及劑量率的低劑量率增強效應(yīng)加速實驗方法，其特征在于:所選雙極型電路的型號為LM741。
【文檔編號】G01R31/00GK103884945SQ201410136016
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】李興冀, 楊劍群, 劉超銘, 肖景東, 馬國亮, 何世禹, 楊德莊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)