用于縱向npn晶體管電離輻射損傷的定量測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于縱向NPN晶體管電離輻射損傷的定量測(cè)試方法，該方法涉及裝置是由柵控縱向NPN雙極晶體管和HP4142半導(dǎo)體參數(shù)分析儀組成，利用附加?xùn)烹姌O半導(dǎo)體工藝，在常規(guī)雙極NPN晶體管的CE、EB結(jié)鈍化層表面附加?xùn)烹姌O，所加?xùn)烹姌O既不影響器件的雙極常規(guī)特性，又使的器件具有MOS管特性，測(cè)試過(guò)程中通過(guò)在器件的表面附加一定的電場(chǎng)，使得器件基區(qū)表面能級(jí)發(fā)生彎曲，從而獲得表面柵極電壓隨基極電流的變化趨勢(shì)，本發(fā)明所述的方法中使用附加?xùn)烹姌O特殊結(jié)構(gòu)的雙極柵控縱向NPN晶體管，能夠?qū)﹄p極縱向NPN晶體管的電離輻射損傷進(jìn)行測(cè)試，能夠定量揭示和分離雙極縱向NPN雙極晶體管在遭受到電離輻射后感生的氧化物電荷和界面態(tài)數(shù)目。
【專利說(shuō)明】用于縱向NPN晶體管電離輻射損傷的定量測(cè)試方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于縱向NPN雙極晶體管的電離總劑量輻射損傷感生陷阱的定量測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙極晶體管由于具有良好的線性特性和電流驅(qū)動(dòng)能力，以及高頻、低噪聲等特殊優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天電子領(lǐng)域。然而，宇宙空間內(nèi)存在著大量的高能粒子和射線，這就意味著這些雙極晶體管將工作在非常復(fù)雜、惡劣的輻射環(huán)境中，這些空間輻射環(huán)境主要來(lái)自宇宙射線、地球輻射帶、太陽(yáng)耀斑、太陽(yáng)電磁輻射和極光輻射等各種高能粒子；其能量從幾千電子伏到幾千兆電子伏，甚至更高。而繞地運(yùn)行的地球衛(wèi)星受到的輻射主要來(lái)自范?艾倫福射帶，也就是地球磁場(chǎng)俘獲宇宙空間的帶電粒子，形成天然的地球福射帶。當(dāng)雙極晶體管以及由雙極晶體管構(gòu)成的雙極電路工作在上述空間輻射環(huán)境中時(shí)，不可避免的要遭受空間輻射環(huán)境中的高能粒子和射線的影響而使電路工作性能退化，甚至功能失效。因此對(duì)雙極器件和電路在這種極端惡劣的輻射環(huán)境中的可靠性的研究變得非常重要。此外，近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，在空間輻射環(huán)境(10_4~10_2rad(Si)/s)中的雙極器件存在低劑量率輻射損傷增強(qiáng)效應(yīng)(Enhanced Low Dose Rate Sensitivity,簡(jiǎn)稱ELDRS),這就意味著采用美軍標(biāo)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)室高劑量率的評(píng)估方法(50~300rad(Si)/s)來(lái)評(píng)估雙極器件的抗輻射水平，將與電子元器件在空間低劑量率環(huán)境下的實(shí)際抗輻射能力嚴(yán)重不符，從而給衛(wèi)星、空間站等電子系統(tǒng)的可靠性帶來(lái)極大的隱患。然而，用空間低劑量率來(lái)評(píng)估電子器件的實(shí)際抗輻射能力，即不經(jīng)濟(jì)又耗時(shí)耗力。因此，找到一種能在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的，且高效可靠的雙極器件ELDRS的加速評(píng)估方法具有重要意義。然而，解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵所在便是對(duì)雙極晶體管輻射損傷機(jī)理的定量揭示，它是建立有效的實(shí)驗(yàn)室加速評(píng)估方法的理論依據(jù)，也是解決雙極器件和電路抗ELDRS效應(yīng)加固技術(shù)難題的基礎(chǔ)。
[0003]近年來(lái)，國(guó)際上投入了大量人力、物力進(jìn)行了有關(guān)雙極器件和電路的低劑量率輻射損傷增強(qiáng)效應(yīng)的損傷機(jī)理、評(píng)估方法及加固技術(shù)的研究。然而，由于雙極晶體管輻射效應(yīng)具有很強(qiáng)的工藝相關(guān)性，其復(fù)雜的輻射效應(yīng)使得雙極器件的損傷機(jī)理研究一直沒(méi)能形成統(tǒng)一的定論，且特殊的器件結(jié)構(gòu)使得雙極器件輻射感生電荷的定量分離成為科學(xué)研究的難題，受輻照分離方法限制，獲得的低劑量率輻射損傷失效機(jī)理模型，只能定性地描述器件宏觀參數(shù)的變化，對(duì)氧化物陷阱電荷和界面陷阱電荷引起器件參數(shù)退化和功能失效的潛在原因并不明朗， 從而制約了雙極器件和電路的實(shí)驗(yàn)室加速評(píng)估試驗(yàn)方法的建立和抗輻射加固技術(shù)的發(fā)展。
[0004]國(guó)際上對(duì)于雙極晶體輻射感生缺陷的定量分離做過(guò)一些探索性的研究。相關(guān)可見(jiàn)的報(bào)道出現(xiàn)在 IEEE nuclear science 的論文“Radiation-1nduced base currentbroadening mechanisms in gated bipolar devices” 中，其設(shè)計(jì)了特殊結(jié)構(gòu)的柵控橫向PNP雙級(jí)晶體管，研究了橫向PNP晶體管的輻射損傷，并分離了其輻射感生缺陷。國(guó)內(nèi)在《物理學(xué)報(bào)》上亦出現(xiàn)過(guò)關(guān)于柵控橫向PNP雙極晶體管輻射損傷定量分離的相關(guān)報(bào)道，然而關(guān)于縱向NPN晶體管的輻射感生缺陷定量測(cè)試技術(shù)卻未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于，提供一種用于縱向NPN晶體管電離輻射損傷的定量測(cè)試方法，該方法涉及裝置是由柵控縱向NPN雙極晶體管和HP4142半導(dǎo)體參數(shù)分析儀組成，利用附加?xùn)烹姌O特殊半導(dǎo)體工藝，在常規(guī)雙極NPN晶體管的CE、EB結(jié)鈍化層表面附加?xùn)烹姌O，所加?xùn)烹姌O既不影響器件的雙極常規(guī)特性，又使的器件具有MOS管特性，測(cè)試過(guò)程中通過(guò)在器件的表面附加一定的電場(chǎng)，使得器件基區(qū)表面能級(jí)發(fā)生彎曲，從而獲得表面柵極電壓隨基極電流的變化趨勢(shì)。本發(fā)明所述的方法中使用附加?xùn)烹姌O特殊結(jié)構(gòu)的雙極柵控縱向NPN晶體管，能夠?qū)v向NPN晶體管的電離輻射損傷進(jìn)行測(cè)試，能夠定量揭示和分離縱向NPN晶體管在遭受到電離輻射后感生的氧化物電荷和界面態(tài)數(shù)目。
[0006]本發(fā)明所述的一種用于縱向NPN晶體管電離輻射損傷的定量測(cè)試方法，該方法中涉及裝置是由柵控縱向NPN雙極晶體管和HP4142半導(dǎo)體參數(shù)分析儀組成，柵控縱向NPN雙極晶體管，是在常規(guī)晶體管的CE和EB結(jié)鈍化層表面附加?xùn)烹姌O，然后定量分離雙極縱向NPN晶體管中電離輻射感生的陷阱電荷，具體操作按下列步驟進(jìn)行:
[0007]a、利用HP4142半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測(cè)試柵控縱向NPN雙極晶體管的常規(guī)特性:包括基極、集電極電流和增益曲線，確定器件性能正常；
[0008]b、將步驟a中采集正 常結(jié)果進(jìn)行柵掃描法測(cè)試:集電極和發(fā)射極加固定電壓
0.6V，柵極加步進(jìn)掃描電壓0-80V，步長(zhǎng)為100mV，測(cè)試基極電流Ib，獲得基極電流隨柵壓的變化趨勢(shì)Vg-1b曲線；
[0009]C、待HP4142半導(dǎo)體參數(shù)分析儀采集到步驟b曲線后，確定總劑量輻照前器件的缺陷態(tài)數(shù)目；
[0010]d、將步驟b測(cè)試后的柵控縱向NPN雙極晶體管進(jìn)行Y射線輻照，再按步驟a-步驟c再進(jìn)行測(cè)試，再將兩次測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)；
[0011]e、再利用柵掃描法對(duì)柵控縱向NPN雙極晶體管在電離輻射環(huán)境中產(chǎn)生的陷阱數(shù)目進(jìn)行分離，從而完成對(duì)縱向NPN雙極晶體管輻射損傷的定量測(cè)試。
[0012]本發(fā)明所述的一種用于縱向NPN晶體管電離輻射損傷的定量測(cè)試方法，該方法采用柵掃描法分離柵控縱向NPN雙極晶體管在電離輻射環(huán)境中產(chǎn)生的氧化物電荷和界面陷阱，采用公式(I)、(2)，在柵掃描曲線上確定峰值電流的相應(yīng)位置，然后通過(guò)(I)式來(lái)計(jì)算界面態(tài)ANit的分布:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種用于縱向NPN晶體管電離輻射損傷的定量測(cè)試方法，其特征在于該方法中涉及裝置是由柵控縱向NPN雙極晶體管和HP4142半導(dǎo)體參數(shù)分析儀組成，柵控縱向NPN雙極晶體管，是在常規(guī)晶體管的CE和EB結(jié)鈍化層表面附加?xùn)烹姌O，然后定量分離雙極縱向NPN晶體管中電離輻射感生的陷阱電荷，具體操作按下列步驟進(jìn)行: a、利用HP4142半導(dǎo)體參數(shù)分析儀測(cè)試柵控縱向NPN雙極晶體管的常規(guī)特性，包括基極、集電極電流和增益曲線，確定器件性能正常； b、將步驟a中采集正常結(jié)果進(jìn)行柵掃描法測(cè)試:集電極和發(fā)射極加固定電壓0.6V，柵極加步進(jìn)掃描電壓0-80V，步長(zhǎng)為lOOmV，測(cè)試基極電流Ib，獲得基極電流隨柵壓的變化趨勢(shì)Vg-1b曲線； C、待HP4142半導(dǎo)體參數(shù)分析儀采集到步驟b曲線后，確定總劑量輻照前器件的缺陷態(tài)數(shù)目； d、將步驟b測(cè)試后的柵控縱向NPN雙極晶體管進(jìn)行Y射線輻照，再按步驟a-步驟c再進(jìn)行測(cè)試，再將兩次測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)； e、再利用柵掃描法對(duì)柵控縱向NPN雙極晶體管在電離輻射環(huán)境中產(chǎn)生的陷阱數(shù)目進(jìn)行分離，從而完成對(duì)縱向NPN雙極晶體管輻射損傷的定量測(cè)試。
【文檔編號(hào)】G01R31/26GK103926518SQ201410172916
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月26日
【發(fā)明者】陸嫵, 郭 旗, 王信, 馬武英, 李豫東, 于新, 魏瑩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所