本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法及裝置。

背景技術(shù)：

氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料，一直是藍光發(fā)光二極管的主選材料；特別是近年來隨著航天技術(shù)和電子技術(shù)的進一步發(fā)展，GaN發(fā)光二極管LED以其發(fā)光效率高、抗輻照能力強等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于軍事、航天、核技術(shù)等特殊環(huán)境；GaN發(fā)光二極管LED器件在太空中工作，不可避免的受到太空中各種射線的照射，從而使其性能發(fā)生衰減，所以在此條件下工作的GaN發(fā)光二極管LED器件的穩(wěn)定性一直倍受重視。

航天用電子元器件在上機前或者發(fā)射前都需要進行抗輻射能力的檢測、評價和篩選；現(xiàn)有技術(shù)中的GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法主要有兩種：“輻照-退火”方法和多元回歸分析法；其中，輻照-退火篩選方法以試驗測試為主，首先對待篩選器件進行額定劑量的輻照，然后選擇一種或者幾種靈敏電參數(shù)，在兩小時內(nèi)完成對選取的參量進行測試和分析，篩選掉不符合要求的器件；接著進行50％額定劑量的輻照；接著加壓退火后再次進行電測試；篩選出合適的器件；具體過程如圖1。該方法存在有兩方面的局限性：一是檢測成本高，不利于及時反饋信息，從而延長了研制和生產(chǎn)周期；二是檢測本身具有破壞性，及最后篩選出的器件都經(jīng)過了輻照，使器件壽命本身已經(jīng)降低。上述的多元回歸分析方法的關(guān)鍵是選取輻照前的敏感參數(shù)，對輻照后器件性能參數(shù)進行預(yù)估，前者的敏感參數(shù)稱為信息參數(shù)，想要預(yù)估的輻照后器件性能參數(shù)稱為輻射性能參數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)中通常是選用輻照前的輸出光功率和反向漏電流作為信息參數(shù)，輻照后的輸出光功率退化作為輻射性能參數(shù)，此方法得到的回歸預(yù)測方程的不夠精確，不能直接、敏感地反映器件輻照后地缺陷變化，進而使篩選出來的器件中可能包含有具有缺陷的器件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法及裝置，以解決上述問題。

第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法，包括：

獲取隨機子樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B；

獲取經(jīng)過輻照實驗后的所述隨機子樣器件的輸出光功率P_out′；

基于所述P_out和所述P_out′，計算退化量ΔP_out＝P_out′-P_out；

以所測量的1/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以輸出光功率退化量ΔP_out作為輻照性能參數(shù)，采用線性回歸法建立B和ΔP_out之間的線性回歸方程并計算得到線性回歸方程中的ΔP_out和信息參數(shù)B的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)之間的無損篩選回歸預(yù)測方程：其中，ΔP_out＝β₀+β₁β_k為測量值對應(yīng)的輸出光功率退化量的預(yù)測值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，為殘差，為的轉(zhuǎn)置，X^T為X的轉(zhuǎn)置，為的轉(zhuǎn)置；

利用所述無損篩選回歸預(yù)測方程預(yù)測單個器件的抗輻照性能。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中：

所述獲取隨機子樣器件的1/f噪聲幅值B包括：

設(shè)置GaN發(fā)光二極管的輸入電流；

在GaN發(fā)光二極管的輸出端引出噪聲信號，并進行低噪聲的前置放大；

將放大后的噪聲信號傳輸給數(shù)據(jù)采集卡；

通過計算機軟件計算并提取數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，得到噪聲幅值。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中：

所述利用所述無損篩選回歸預(yù)測方程預(yù)測單個器件的抗輻照性能，包括：

獲取待篩選器件在工作區(qū)某一電流值處的1/f噪聲幅值B；

將所測的1/f噪聲幅值B帶入回歸預(yù)測方程(該回歸方程各參量的描述見本專利說明書第20)，得到此GaN發(fā)光二極管的輸出光功率退化預(yù)測值；

確定所述器件的輸出光功率退化容限；

將所述預(yù)測值和所述輸出光功率退化容限進行比較，如果此預(yù)測值在此類器件的輸出光功率退化容限之內(nèi)，則認為此器件為合格產(chǎn)品；反之，如果得到的預(yù)測值落在此類器件的輸出光功率退化容限之外，則認為此器件為不合格產(chǎn)品。

第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選裝置，包括：

第一獲取單元，用于獲取隨機子樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B；

第二獲取單元，用于獲取經(jīng)過輻照實驗后的所述隨機子樣器件的輸出光功率P_out′；

計算單元，用于基于所述P_out和所述P_out′，計算退化量ΔP_out＝P_out′-P_out；線性回歸方程建立單元，用于以所測量的1/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以輸出光功率退化量ΔP_out作為輻照性能參數(shù)，采用線性回歸法建立B和ΔP_out之間的線性回歸方程并計算得到線性回歸方程中的ΔP_out和信息參數(shù)B的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)之間的無損篩選回歸預(yù)測方程：其中，ΔP_{out k}＝β₀+β₁β_k為測量值對應(yīng)的輸出光功率退化量的預(yù)測值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，為殘差，為的轉(zhuǎn)置，X^T為X的轉(zhuǎn)置，為的轉(zhuǎn)置；

預(yù)測單元，利用所述無損篩選回歸預(yù)測方程預(yù)測單個器件的抗輻照性能。

本發(fā)明實施例所提供的方法以及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在對元器件無損壞的前提下，進行對GaN發(fā)光二極管元器件準確、高效的篩選。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中“輻照-退火”方法流程示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法的方法流程示意圖；

圖3示出了本發(fā)明實施例所提供的1/f噪聲幅值B的測量采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了本發(fā)明實施例所提供的一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

GaN發(fā)光二極管在使用時都需要進行抗輻照能力的測試，以篩選出抗輻照能力較佳的元器件；現(xiàn)有技術(shù)中的篩選方法包括：輻照-退火篩選方法和多元回歸分析法，前者是一種有損篩選，元器件在進行篩選的過程中會受到損壞，經(jīng)過篩選后的元器件壽命本身已經(jīng)降低；后者是一種無損篩選方法，但是該方法選用輻照前的輸出光功率和反向漏電流作為信息參數(shù)，輻照后的輸出光功率退化作為輻射性能參數(shù)，由于輸出光功率、反向漏電流和輸出光功率退化不能直接的反映器件中的缺陷狀態(tài)，因此預(yù)測方法存在著預(yù)測不夠精確的缺陷，進而導(dǎo)致篩選過程可靠性不高。并且，從微觀機制上分析可得的噪聲幅值的變化更直接反映了器件中的缺陷狀態(tài)，噪聲幅值隨輻照劑量的增加相應(yīng)增大，表明隨輻照劑量的增多，器件產(chǎn)生的缺陷增多即造成的損傷也就越嚴重。有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法及裝置，結(jié)合GaN發(fā)光二極管中的噪聲參數(shù)特性，在對元器件無損傷的前提下，保證被篩選元器件的可靠性。

下面通過具體實施例進行對本發(fā)明技術(shù)方案的詳細介紹。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法，包括如下步驟：

S201、獲取隨機子樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B；

進行上述步驟中之前，首先需從一批器件的抽樣母體中按照簡單隨機抽樣原則抽取n個隨機子樣，n大于等于20；測量這些隨機抽樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B，并記錄測試條件；其中，1/f噪聲即功率譜密度的幅值與頻率成反比的一類噪聲，其中f表示頻率；

進一步的，通過以下方式獲取隨機子樣器件的1/f噪聲幅值B：

設(shè)置GaN發(fā)光二極管的輸入電流；

在GaN發(fā)光二極管的輸出端引出噪聲信號，并進行低噪聲的前置放大；

將放大后的噪聲信號傳輸給數(shù)據(jù)采集卡；

通過計算機軟件計算并提取數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，得到所述噪聲幅值。

S202、獲取經(jīng)過輻照實驗后的所述隨機子樣器件的輸出光功率P_out′；

需要說明的是，上述輻照實驗的輻照的劑量率和總劑量要根據(jù)具體GaN發(fā)光二極管額定輻照劑量來設(shè)定，優(yōu)選地，劑量率設(shè)置在50到300rad(Si)/s之間。對該輻照后的隨機子樣器件輸出光功率退化量ΔP_out的獲取采用常規(guī)手段進行，但要限制在輻照后兩個小時之內(nèi)完成測量，以免器件退火嚴重影響測試結(jié)果。

S203、基于所述P_out和所述P_out′，計算退化量ΔP_out＝P_out′-P_out；

然后進行數(shù)據(jù)篩選，用數(shù)理統(tǒng)計中的假設(shè)檢驗方法分別檢驗輻照前和輻照后測量數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，并剔除異常數(shù)據(jù)；

S204、以所測量的1/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以輸出光功率退化量ΔP_out作為輻照性能參數(shù)，采用線性回歸法建立B和ΔP_out之間的線性回歸方程并計算得到線性回歸方程中的ΔP_out和信息參數(shù)B的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

該步驟中，通過以下方式進行計算系數(shù)向量

將多元線性回歸方程可進一步展開為：

其中，ΔP_out1、ΔP_out2、...、ΔP_outn為第1、2、...、n個隨機子樣的輻照后輸出光功率退化量；

B₁、B₂、...、B_n為第1、2、...、n個隨機子樣的輻照前噪聲幅值；

β₀為常數(shù)項、β₁為噪聲幅值的系數(shù)；

ε₁、ε₂、...、ε_n為第1、2、...、n個隨機子樣線性回歸方程的參差；

利用最小二乘估計法估計出信息參數(shù)的系數(shù)向量為：X^T為X的轉(zhuǎn)置矩陣。

S205、建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)之間的無損篩選回歸預(yù)測方程：其中，ΔP_{out k}＝β₀+β₁B_k為測量值對應(yīng)的輸出光功率退化量的預(yù)測值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，為殘差，為的轉(zhuǎn)置，X^T為X的轉(zhuǎn)置，為的轉(zhuǎn)置；

S206、利用上述無損篩選回歸預(yù)測方程預(yù)測單個器件的抗輻照性能。

進一步的，利用無損篩選回歸預(yù)測方程通過以下方式進行預(yù)測單個器件的抗輻照性能：

獲取待篩選器件在工作區(qū)某一電流值處的1/f噪聲幅值B；該噪聲幅值B測量條件和上述步驟S201中的測試條件相同；

將所測的1/f噪聲幅值B帶入回歸預(yù)測方程得到此GaN發(fā)光二極管的輸出光功率退化預(yù)測值；

確定所述器件的輸出光功率退化容限；

將所述預(yù)測值和所述輸出光功率退化容限進行比較，如果此預(yù)測值在此類器件的輸出光功率退化容限之內(nèi)，則認為此器件為合格產(chǎn)品；反之，如果得到的預(yù)測值落在此類器件的輸出光功率退化容限之外，則認為此器件為不合格產(chǎn)品。

本發(fā)明實施例所提供的篩選方法通過對同一工藝制造出來的器件，通過對一定數(shù)量隨機樣品進行輻照試驗，找出信息參數(shù)和輻射性能參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，進而實現(xiàn)對未輻照器件的篩選，與現(xiàn)有的GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法相比，具有以下優(yōu)點：

1、篩選出來的器件是未經(jīng)過輻照的，屬于“無損篩選”，因此篩選過程不會減少器件壽命；

2、選用的GaN發(fā)光二極管信息參數(shù)B(1/f噪聲幅值)較原有的信息參數(shù)準確度高，篩選可靠性高；

3、只需測量待篩選器件的一個參數(shù)，篩選周期短，方法簡單，易于使用。

需要說明的是，上述方法中，輸出光功率退化量ΔP_out采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)手段得到，而電子器件的低頻噪聲十分微弱，要能有效地檢測這種噪聲，測試系統(tǒng)必須具有足夠高的靈敏度。為此，本發(fā)明實施例中對1/f噪聲幅值B的測量采用如圖3所示的1/f噪聲幅值B的測量采集裝置進行，本裝置包括：電源、GaN發(fā)光二極管適配器、偏置器、低噪聲前置放大器、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)；其中電源、GaN發(fā)光二極管適配器和偏置器主要是根據(jù)待測器件噪聲測試的具體要求，提供偏置電壓、偏置電流、源電阻，使之處于相應(yīng)的測試狀態(tài)；待測的噪聲信號經(jīng)過前置放大器和數(shù)據(jù)采集卡被送至數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的分析處理、存儲和打印輸出；為了實現(xiàn)信號實時、快速、準確的采集，采用DAQ2010數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集，其最大采樣速率為2MHz，以保證1/f噪聲測試頻率范圍；其量化精度為14bit，以保證測試精度和動態(tài)范圍；該數(shù)據(jù)采集卡還帶有程控增益放大器、D/A轉(zhuǎn)換器，為儀器的功能拓展創(chuàng)造了條件；進一步的，數(shù)據(jù)的傳輸采用異步雙緩沖直接內(nèi)存訪問的方式，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸瓦B續(xù)。信號連續(xù)雙通道采集的實現(xiàn)為后續(xù)時域分析和頻域分析創(chuàng)造了先決條件。測量1/f噪聲幅值B時保證所加的偏置使GaN發(fā)光二極管處于工作區(qū)。

如圖4所示，本發(fā)明實施例還提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選裝置，該裝置包括：

第一獲取單元410，用于獲取隨機子樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B；

第二獲取單元420，用于獲取經(jīng)過輻照實驗后的所述隨機子樣器件的輸出光功率P_out′；

計算單元430，用于基于所述P_out和所述P_out′，計算退化量ΔP_out＝P_out′-P_out；線性回歸方程建立單元440，用于以所測量的1/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以輸出光功率退化量ΔP_out作為輻照性能參數(shù)，采用線性回歸法建立B和ΔP_out之間的線性回歸方程并計算得到線性回歸方程中的ΔP_out和信息參數(shù)B的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)之間的無損篩選回歸預(yù)測方程：其中，ΔP_out＝β₀+β₁B_k為測量值對應(yīng)的輸出光功率退化量的預(yù)測值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，為殘差，為的轉(zhuǎn)置，X^T為X的轉(zhuǎn)置，為的轉(zhuǎn)置；

預(yù)測單元450，利用所述無損篩選回歸預(yù)測方程預(yù)測單個器件的抗輻照性能。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。