硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，該方法的步驟為：1）選取同批次同型號(hào)的硅基半導(dǎo)體晶體管至少三個(gè)，進(jìn)行開封預(yù)處理，作為待測(cè)半導(dǎo)體晶體管；2）測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體管功能正常；3）焊接測(cè)試電路板，將待測(cè)半導(dǎo)體晶體管接入測(cè)試電路；4）將激光光束照射到待測(cè)晶體管芯片上；5）調(diào)節(jié)激光光束能量，測(cè)試待測(cè)晶體管的響應(yīng)并由示波器記錄；本發(fā)明提供了一種可在實(shí)驗(yàn)室條件下用于半導(dǎo)體晶體管輻射劑量率效應(yīng)的激光模擬試驗(yàn)方法，有效縮短了抗輻射加固設(shè)計(jì)周期，降低了試驗(yàn)成本，為研究硅基半導(dǎo)體器件的輻射劑量率效應(yīng)提供了一種有力手段，其試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法的推廣具有重要價(jià)值。
【專利說明】
硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)研究領(lǐng)域，主要涉及一種硅基半導(dǎo)體晶體管的輻射劑量率的激光模擬試驗(yàn)方法，可在激光模擬半導(dǎo)體器件的輻射劑量率的試驗(yàn)中使用。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件的瞬時(shí)劑量率輻射效應(yīng)是指暴露于瞬時(shí)的脈沖γ射線輻射下的半導(dǎo)體器件所表現(xiàn)出的電離輻射損傷，其機(jī)理是由于瞬時(shí)的電離脈沖輻射在半導(dǎo)體材料中激發(fā)電子一空穴對(duì)，這些光生載流子在被器件收集的過程中將產(chǎn)生瞬時(shí)光電流。當(dāng)輻射劑量率增大到一定程度時(shí)，此光電流將可能等于甚至大于電路本身的電流信號(hào)，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件性能退化甚至失效。因此，在半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)之前，研究其瞬時(shí)劑量率輻射效應(yīng)具有至關(guān)重要的作用，有助于掌握其在輻射環(huán)境下的工作機(jī)理和失效原理，也為抗幅加固設(shè)計(jì)提供研究依據(jù)。
[0003]通常，人們主要依靠線性加速器(Linear Accelerator, LINAC)和閃光X射線脈沖源(Flash X-Ray Pulse, FXR)等大型地面裝置來模擬輻射環(huán)境，輔助劑量率效應(yīng)研究。然而，此類輻射模擬裝置存在一定的局限性，如輻射測(cè)量范圍有限、參數(shù)調(diào)節(jié)困難，試驗(yàn)時(shí)具有輻射損傷，裝置電磁干擾較大、信噪比低，使用預(yù)約周期長、價(jià)格昂貴等，難于應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室半導(dǎo)體器件福射效應(yīng)研究中。
[0004]特定波長的激光與半導(dǎo)體器件相互作用可以產(chǎn)生與瞬時(shí)γ射線輻射相近的電學(xué)特性相比之下，激光模擬方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有靈活、安全、寄生電磁效應(yīng)影響小、脈沖重復(fù)率高、激光能量和光斑大小連續(xù)可調(diào)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室條件下的抗輻射加固研究中。
[0005]綜合以上優(yōu)點(diǎn)，作為LINAC和FXR等地面模擬裝置的實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)充，激光模擬方法在半導(dǎo)體器件瞬時(shí)劑量率輻射效應(yīng)的先期設(shè)計(jì)和研究中可以發(fā)揮巨大的作用，得到了國外科研界的推廣和認(rèn)可。因此本發(fā)明需要提出一種硅基半導(dǎo)體晶體管的輻射劑量率的激光模擬試驗(yàn)方法，以可以應(yīng)用于在實(shí)驗(yàn)室條件下硅基半導(dǎo)體晶體管輻射劑量率效應(yīng)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)目前國內(nèi)尚無系統(tǒng)的激光模擬半導(dǎo)體器件輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種激光模擬硅基半導(dǎo)體晶體管劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行半導(dǎo)體器件，特別是硅基半導(dǎo)體晶體管，輻射劑量率效應(yīng)的激光模擬。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其方法步驟如下:
1)選取同批次同型號(hào)的硅基半導(dǎo)體晶體管至少三個(gè)，進(jìn)行開封預(yù)處理，作為待測(cè)半導(dǎo)體晶體管的樣品；
2)測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體管的功能是否正常；同時(shí)，焊接測(cè)試電路板；
3)將經(jīng)過測(cè)試功能正常的待測(cè)半導(dǎo)體晶體管接入測(cè)試電路板； 4)將激光光束照射到待測(cè)半導(dǎo)體晶體管上；
5)調(diào)節(jié)激光光束能量，用電流探頭測(cè)試待測(cè)晶體管的電流響應(yīng)，用電壓探頭測(cè)試待測(cè)晶體管的電壓響應(yīng)，并通過示波器記錄。
[0008]步驟I)中開封預(yù)處理包括正面開封和背面開封;對(duì)于金屬層不多于兩層的硅基半導(dǎo)體晶體管，進(jìn)行正面開封;對(duì)于金屬層大于兩層的硅基半導(dǎo)體晶體管，進(jìn)行背面開封。
[0009]步驟2)中測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體管的功能是否正常，首先通過金相顯微鏡觀察待測(cè)半導(dǎo)體晶體管上的引線有無斷裂現(xiàn)象，當(dāng)無斷裂現(xiàn)象時(shí)再使用萬用表測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體管是否正常，當(dāng)有斷裂現(xiàn)象時(shí)，則不使用該待測(cè)半導(dǎo)體晶體管。
[0010]步驟3)中，將待測(cè)半導(dǎo)體晶體管接入測(cè)試電路板的方法為:
當(dāng)待測(cè)半導(dǎo)體晶體管是雙極結(jié)型晶體管時(shí)，將雙極結(jié)型晶體管的基極和發(fā)射極結(jié)地，集電極接上拉電阻的一端;上拉電阻的另一端接直流電源；
當(dāng)待測(cè)半導(dǎo)體晶體管是金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，將金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極、源極、襯底引線接地，漏極接上拉電阻的一端;上拉電阻的另一端接直流電源。
[0011 ]優(yōu)選的，所述測(cè)試電路板為PCB板。
[0012]步驟4)中將激光光束照射到待測(cè)半導(dǎo)體晶體管上的方法為:脈沖激光器輸出的脈沖1064nm的激光經(jīng)過衰減光路，通過光束提升器和反射鏡從待測(cè)晶體管正上方豎直照射到待測(cè)半導(dǎo)體晶體管上。
[0013]步驟5)中調(diào)節(jié)激光光束能量，測(cè)試待測(cè)晶體管的響應(yīng)并由示波器記錄的方法為:
激光光束經(jīng)過二分之一波片后再經(jīng)過偏振分光棱鏡，通過旋轉(zhuǎn)二分之一波片的角度從而改變激光的偏振態(tài)，從而調(diào)節(jié)經(jīng)過偏振分光棱鏡后的激光光束的能量；
測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體管響應(yīng)包括測(cè)試集電極電壓、集電極電流、漏極電壓、漏極電流中的一種或多種。
[0014]優(yōu)選的，所述示波器的帶寬大于4GHz。
[0015]優(yōu)選的，所述電流探頭靈敏度優(yōu)于lmV/mA。
[0016]本發(fā)明提供了一種可在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行半導(dǎo)體器件，特別是硅基半導(dǎo)體晶體管，輻射劑量率效應(yīng)的激光模擬方法，具有有靈活、安全、寄生電磁效應(yīng)影響小、脈沖重復(fù)率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，晶體管的輻射劑量率效應(yīng)研究是集成電路的輻射劑量率效應(yīng)的研究基礎(chǔ)，該方法及其實(shí)驗(yàn)裝置的推廣具有重要價(jià)值。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的步驟流程示意圖；
圖2為本發(fā)明采用雙極結(jié)型晶體管接入到PCB測(cè)試板電路的原理圖；
圖3為本發(fā)明采用金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管接入到PCB測(cè)試板電路的原理圖； 圖4為本發(fā)明的試驗(yàn)激光光路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，一種硅基半導(dǎo)體晶體管的輻射劑量率的激光模擬試驗(yàn)方法的步驟流程。
[0019](I)選取同批次同型號(hào)的硅基半導(dǎo)體晶體管至少三個(gè)，進(jìn)行開封預(yù)處理;對(duì)于金屬層不多于兩層的硅基半導(dǎo)體晶體管，進(jìn)行正面開封;對(duì)于金屬層大于兩層的硅基半導(dǎo)體晶體管應(yīng)進(jìn)行背面開封;開封后的硅基半導(dǎo)體晶體管作為待測(cè)半導(dǎo)體晶體管。
[0020](2)在顯微鏡下觀察開封后的待測(cè)半導(dǎo)體晶體管的引線是否有斷裂情況，當(dāng)引線沒有斷裂時(shí)，再使用萬用表測(cè)試晶體管功能是否正常。
[0021](3)將待測(cè)半導(dǎo)體晶體管接入PCB測(cè)試板。如圖2所示，當(dāng)待測(cè)半導(dǎo)體晶體管是雙極結(jié)型晶體管時(shí)，將雙極結(jié)型晶體管的基極和發(fā)射極結(jié)地，集電極接上拉電阻，上拉電阻另一端接直流電源;如圖3所示，當(dāng)待測(cè)半導(dǎo)體晶體管是金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，將金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極、源極、襯底引線接地，漏極接上拉電阻，上拉電阻另一端接直流電源。
[0022](4)如圖4所示，脈沖激光器輸出的1064nm脈沖激光經(jīng)過衰減光路，通過光束提升器和反射鏡從待測(cè)晶體管正上方豎直照射到晶體管的芯片上。
[0023](5)在衰減光路中調(diào)節(jié)照射到晶體管芯片上的脈沖激光能量。經(jīng)過二分之一波片后再經(jīng)過偏振分光棱鏡，通過旋轉(zhuǎn)二分之一波片的角度從而改變激光的偏振態(tài)，從而調(diào)節(jié)經(jīng)過偏振分光棱鏡后的激光光束的能量;激光能量調(diào)節(jié)遵從從小到大的原則，最大激光能量不可對(duì)芯片造成燒蝕。
[0024]通過示波器探測(cè)并記錄測(cè)試待測(cè)晶體管響應(yīng)，可以包括測(cè)試集電極電壓、集電極電流、漏極電壓、漏極電流中的一種或多種。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其方法步驟如下: 1)選取同批次同型號(hào)的硅基半導(dǎo)體晶體管至少三個(gè)，進(jìn)行開封預(yù)處理，作為待測(cè)半導(dǎo)體晶體管的樣品； 2)測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體管的功能是否正常；同時(shí)，焊接測(cè)試電路板； 3)將經(jīng)過測(cè)試功能正常的待測(cè)半導(dǎo)體晶體管接入測(cè)試電路板； 4)將激光光束照射到待測(cè)半導(dǎo)體晶體管上； 5)調(diào)節(jié)激光光束能量，用電流探頭測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體的脈沖電流響應(yīng)，用電壓探頭測(cè)試電壓響應(yīng)，并通過示波器記錄脈沖電流和脈沖電壓的波形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟I)中開封預(yù)處理包括正面開封和背面開封;對(duì)于金屬層不多于兩層的硅基半導(dǎo)體晶體管，進(jìn)行正面開封;對(duì)于金屬層大于兩層的硅基半導(dǎo)體晶體管，進(jìn)行背面開封。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟2)中測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體管的功能是否正常，首先通過金相顯微鏡觀察待測(cè)半導(dǎo)體晶體管上的引線有無斷裂現(xiàn)象，當(dāng)無斷裂現(xiàn)象時(shí)再使用萬用表測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體管是否正常，當(dāng)有斷裂現(xiàn)象時(shí)，則不使用該待測(cè)半導(dǎo)體晶體管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟3)中，當(dāng)待測(cè)半導(dǎo)體晶體管是雙極結(jié)型晶體管時(shí)，將雙極結(jié)型晶體管的基極和發(fā)射極結(jié)地，集電極接上拉電阻的一端;上拉電阻的另一端接直流電源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟3)中，當(dāng)待測(cè)半導(dǎo)體晶體管是金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，將金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極、源極、襯底引線接地，漏極接上拉電阻的一端;上拉電阻的另一端接直流電源。6.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其特征在于:所述測(cè)試電路板為PCB板。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟4)中，所述激光的波長為1064nm。8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟4)中，將激光光束照射到待測(cè)半導(dǎo)體晶體管上的方法為:脈沖激光器輸出的激光經(jīng)過衰減光路，通過光束提升器和反射鏡從待測(cè)晶體管正上方豎直照射到待測(cè)半導(dǎo)體晶體管上。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其特征在于:步驟5)中，激光光束經(jīng)過二分之一波片后再經(jīng)過偏振分光棱鏡，通過旋轉(zhuǎn)二分之一波片的角度從而改變激光的偏振態(tài)，從而調(diào)節(jié)經(jīng)過偏振分光棱鏡后的激光光束的能量;測(cè)試待測(cè)半導(dǎo)體晶體管響應(yīng)包括測(cè)試集電極電壓、集電極電流、漏極電壓、漏極電流中的一種或多種。10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的一種硅基半導(dǎo)體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應(yīng)試驗(yàn)方法，其特征在于:所述示波器的帶寬大于4GHz，所述電流探頭靈敏度優(yōu)于lmV/mA。
【文檔編號(hào)】G01R31/265GK105891694SQ201610288215
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】孫鵬, 李沫, 龍衡, 陳飛良, 李倩, 代剛, 張健
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院電子工程研究所