硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法
【專利摘要】本發明涉及一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，該方法的步驟為：1）選取同批次同型號的硅基半導體晶體管至少三個，進行開封預處理，作為待測半導體晶體管；2）測試待測半導體晶體管功能正常；3）焊接測試電路板，將待測半導體晶體管接入測試電路；4）將激光光束照射到待測晶體管芯片上；5）調節激光光束能量，測試待測晶體管的響應并由示波器記錄；本發明提供了一種可在實驗室條件下用于半導體晶體管輻射劑量率效應的激光模擬試驗方法，有效縮短了抗輻射加固設計周期，降低了試驗成本，為研究硅基半導體器件的輻射劑量率效應提供了一種有力手段，其試驗裝置和試驗方法的推廣具有重要價值。
【專利說明】
硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法
技術領域
[0001]本發明屬于半導體器件輻射效應研究領域，主要涉及一種硅基半導體晶體管的輻射劑量率的激光模擬試驗方法，可在激光模擬半導體器件的輻射劑量率的試驗中使用。
【背景技術】
[0002]半導體器件的瞬時劑量率輻射效應是指暴露于瞬時的脈沖γ射線輻射下的半導體器件所表現出的電離輻射損傷，其機理是由于瞬時的電離脈沖輻射在半導體材料中激發電子一空穴對，這些光生載流子在被器件收集的過程中將產生瞬時光電流。當輻射劑量率增大到一定程度時，此光電流將可能等于甚至大于電路本身的電流信號，導致半導體器件性能退化甚至失效。因此，在半導體器件設計之前，研究其瞬時劑量率輻射效應具有至關重要的作用，有助于掌握其在輻射環境下的工作機理和失效原理，也為抗幅加固設計提供研究依據。
[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境，輔助劑量率效應研究。然而，此類輻射模擬裝置存在一定的局限性，如輻射測量范圍有限、參數調節困難，試驗時具有輻射損傷，裝置電磁干擾較大、信噪比低，使用預約周期長、價格昂貴等，難于應用于實驗室半導體器件福射效應研究中。
[0004]特定波長的激光與半導體器件相互作用可以產生與瞬時γ射線輻射相近的電學特性相比之下，激光模擬方法具有獨特的優勢，具有靈活、安全、寄生電磁效應影響小、脈沖重復率高、激光能量和光斑大小連續可調、成本低等優點，可以應用于實驗室條件下的抗輻射加固研究中。
[0005]綜合以上優點，作為LINAC和FXR等地面模擬裝置的實驗室補充，激光模擬方法在半導體器件瞬時劑量率輻射效應的先期設計和研究中可以發揮巨大的作用，得到了國外科研界的推廣和認可。因此本發明需要提出一種硅基半導體晶體管的輻射劑量率的激光模擬試驗方法，以可以應用于在實驗室條件下硅基半導體晶體管輻射劑量率效應研究。
【發明內容】
[0006]針對目前國內尚無系統的激光模擬半導體器件輻射劑量率效應試驗方法的現狀，本發明提出一種激光模擬硅基半導體晶體管劑量率效應試驗方法，實現在實驗室條件下進行半導體器件，特別是硅基半導體晶體管，輻射劑量率效應的激光模擬。
[0007]為了達到上述目的，本發明的技術方案如下:
硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其方法步驟如下:
1)選取同批次同型號的硅基半導體晶體管至少三個，進行開封預處理，作為待測半導體晶體管的樣品；
2)測試待測半導體晶體管的功能是否正常；同時，焊接測試電路板；
3)將經過測試功能正常的待測半導體晶體管接入測試電路板； 4)將激光光束照射到待測半導體晶體管上；
5)調節激光光束能量，用電流探頭測試待測晶體管的電流響應，用電壓探頭測試待測晶體管的電壓響應，并通過示波器記錄。
[0008]步驟I)中開封預處理包括正面開封和背面開封;對于金屬層不多于兩層的硅基半導體晶體管，進行正面開封;對于金屬層大于兩層的硅基半導體晶體管，進行背面開封。
[0009]步驟2)中測試待測半導體晶體管的功能是否正常，首先通過金相顯微鏡觀察待測半導體晶體管上的引線有無斷裂現象，當無斷裂現象時再使用萬用表測試待測半導體晶體管是否正常，當有斷裂現象時，則不使用該待測半導體晶體管。
[0010]步驟3)中，將待測半導體晶體管接入測試電路板的方法為:
當待測半導體晶體管是雙極結型晶體管時，將雙極結型晶體管的基極和發射極結地，集電極接上拉電阻的一端;上拉電阻的另一端接直流電源；
當待測半導體晶體管是金屬-氧化物半導體場效應晶體管時，將金屬-氧化物半導體場效應晶體管的柵極、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 ]優選的，所述測試電路板為PCB板。
[0012]步驟4)中將激光光束照射到待測半導體晶體管上的方法為:脈沖激光器輸出的脈沖1064nm的激光經過衰減光路，通過光束提升器和反射鏡從待測晶體管正上方豎直照射到待測半導體晶體管上。
[0013]步驟5)中調節激光光束能量，測試待測晶體管的響應并由示波器記錄的方法為:
激光光束經過二分之一波片后再經過偏振分光棱鏡，通過旋轉二分之一波片的角度從而改變激光的偏振態，從而調節經過偏振分光棱鏡后的激光光束的能量；
測試待測半導體晶體管響應包括測試集電極電壓、集電極電流、漏極電壓、漏極電流中的一種或多種。
[0014]優選的，所述示波器的帶寬大于4GHz。
[0015]優選的，所述電流探頭靈敏度優于lmV/mA。
[0016]本發明提供了一種可在實驗室條件下進行半導體器件，特別是硅基半導體晶體管，輻射劑量率效應的激光模擬方法，具有有靈活、安全、寄生電磁效應影響小、脈沖重復率高、成本低等優點，晶體管的輻射劑量率效應研究是集成電路的輻射劑量率效應的研究基礎，該方法及其實驗裝置的推廣具有重要價值。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的步驟流程示意圖；
圖2為本發明采用雙極結型晶體管接入到PCB測試板電路的原理圖；
圖3為本發明采用金屬-氧化物半導體場效應晶體管接入到PCB測試板電路的原理圖； 圖4為本發明的試驗激光光路示意圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，一種硅基半導體晶體管的輻射劑量率的激光模擬試驗方法的步驟流程。
[0019](I)選取同批次同型號的硅基半導體晶體管至少三個，進行開封預處理;對于金屬層不多于兩層的硅基半導體晶體管，進行正面開封;對于金屬層大于兩層的硅基半導體晶體管應進行背面開封;開封后的硅基半導體晶體管作為待測半導體晶體管。
[0020](2)在顯微鏡下觀察開封后的待測半導體晶體管的引線是否有斷裂情況，當引線沒有斷裂時，再使用萬用表測試晶體管功能是否正常。
[0021](3)將待測半導體晶體管接入PCB測試板。如圖2所示，當待測半導體晶體管是雙極結型晶體管時，將雙極結型晶體管的基極和發射極結地，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，當待測半導體晶體管是金屬-氧化物半導體場效應晶體管時，將金屬-氧化物半導體場效應晶體管柵極、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脈沖激光經過衰減光路，通過光束提升器和反射鏡從待測晶體管正上方豎直照射到晶體管的芯片上。
[0023](5)在衰減光路中調節照射到晶體管芯片上的脈沖激光能量。經過二分之一波片后再經過偏振分光棱鏡，通過旋轉二分之一波片的角度從而改變激光的偏振態，從而調節經過偏振分光棱鏡后的激光光束的能量;激光能量調節遵從從小到大的原則，最大激光能量不可對芯片造成燒蝕。
[0024]通過示波器探測并記錄測試待測晶體管響應，可以包括測試集電極電壓、集電極電流、漏極電壓、漏極電流中的一種或多種。
【主權項】
1.硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其方法步驟如下: 1)選取同批次同型號的硅基半導體晶體管至少三個，進行開封預處理，作為待測半導體晶體管的樣品； 2)測試待測半導體晶體管的功能是否正常；同時，焊接測試電路板； 3)將經過測試功能正常的待測半導體晶體管接入測試電路板； 4)將激光光束照射到待測半導體晶體管上； 5)調節激光光束能量，用電流探頭測試待測半導體晶體的脈沖電流響應，用電壓探頭測試電壓響應，并通過示波器記錄脈沖電流和脈沖電壓的波形。2.根據權利要求1所述的一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其特征在于:步驟I)中開封預處理包括正面開封和背面開封;對于金屬層不多于兩層的硅基半導體晶體管，進行正面開封;對于金屬層大于兩層的硅基半導體晶體管，進行背面開封。3.根據權利要求1所述的一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其特征在于:步驟2)中測試待測半導體晶體管的功能是否正常，首先通過金相顯微鏡觀察待測半導體晶體管上的引線有無斷裂現象，當無斷裂現象時再使用萬用表測試待測半導體晶體管是否正常，當有斷裂現象時，則不使用該待測半導體晶體管。4.根據權利要求1所述的一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其特征在于:步驟3)中，當待測半導體晶體管是雙極結型晶體管時，將雙極結型晶體管的基極和發射極結地，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.根據權利要求1所述的一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其特征在于:步驟3)中，當待測半導體晶體管是金屬-氧化物半導體場效應晶體管時，將金屬-氧化物半導體場效應晶體管的柵極、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.根據權利要求1或4或5所述的一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其特征在于:所述測試電路板為PCB板。7.根據權利要求1所述的一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其特征在于:步驟4)中，所述激光的波長為1064nm。8.根據權利要求1或7所述的一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其特征在于:步驟4)中，將激光光束照射到待測半導體晶體管上的方法為:脈沖激光器輸出的激光經過衰減光路，通過光束提升器和反射鏡從待測晶體管正上方豎直照射到待測半導體晶體管上。9.根據權利要求7所述的一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，其特征在于:步驟5)中，激光光束經過二分之一波片后再經過偏振分光棱鏡，通過旋轉二分之一波片的角度從而改變激光的偏振態，從而調節經過偏振分光棱鏡后的激光光束的能量;測試待測半導體晶體管響應包括測試集電極電壓、集電極電流、漏極電壓、漏極電流中的一種或多種。10.根據權利要求1或9所述的一種硅基半導體晶體管的激光模擬輻射劑量率效應試驗方法，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于lmV/mA。
【文檔編號】G01R31/265GK105891694SQ201610288215
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】孫鵬, 李沫, 龍衡, 陳飛良, 李倩, 代剛, 張健
【申請人】中國工程物理研究院電子工程研究所