CN103105553B - 总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，包括总剂量辐照系统、电源和信号源、参数测试系统、多路复用器以及控制与数据采集处理系统。装置工作，控制与数据采集处理系统对多路复用器、总剂量辐照系统、参数测试系统进行控制，多路复用器接受控制与数据采集处理系统的控制，连接电源和信号源或参数测试系统，当多路复用器与电源和信号源连接时，被试样品处于总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试状态，当多路复用器与参数测试系统连接时，被试样品处于在线功能与参数测试状态，得出测试参数，控制与数据采集处理系统对测试参数进行采集和处理，得出所述被试样品的总剂量辐照和热载流子注入综合效应的评价。

Description

总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别是涉及总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置。
背景技术
随着航天航空技术的发展，越来越多的航天航空器在太空工作，宇宙中存在各种射线的辐射，会使航天航空器上半导体器件的性能和参数产生退化，对航天航空器的正常工作产生影响，同时由于部分航天设备在空间一直在运行，航天设备上的半导体器件不可避免的会出现热载流子注入效应引起的可靠性问题，并损伤半导体器件。由于总剂量效应和热载流子注入效应都会使CMOS器件的衬底电流增大，阈值电压漂移，影响器件的正常关断，甚至会发生耦合作用。
目前一般的集成电路的总剂量辐射的试验技术采用的是60Coγ射线源按照GJB548B-2005方法1019.2“电离辐射(总剂量)试验程序”进行的，而热载流子注入效应测试方法是按照JESD28-A“直流应力下N沟MOSFET热载流子注入效应测试程序”方法进行。
上述传统的试验方法只能单独对集成电路的总剂量辐照等级和热载流子注入效应的可靠性水平进行评价，但空间用半导体器件在实际环境中使用时同时受到总剂量辐照、热载流子注入综合效应的影响，且这种综合效应并不是单独效应的简单相加，这需要专门的试验装置和试验方法来进行评价。
发明内容
基于此，有必要针对一般测试装置无法对集成电路进行总剂量辐照和热载流子注入综合效应评价的问题，提供一种总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置实现对集成电路进行总剂量辐照和热载流子注入综合效应的评价目的。
一种总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，包括总剂量辐照系统、电源和信号源、参数测试系统、多路复用器以及控制与数据采集处理系统，所述控制与数据采集处理系统分别与所述参数测试系统、所述多路复用器连接，所述多路复用器与所述总剂量辐照系统连接，所述多路复用器与被试样品连接；
所述多路复用器接受所述控制与数据采集处理系统的控制连接所述电源和信号源或所述参数测试系统，当所述多路复用器与所述电源和信号源连接时，所述被试样品处于总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试状态，当所述多路复用器与所述参数测试系统连接时，所述被试样品处于在线功能与参数测试状态；
所述控制与数据采集处理系统用于对所述多路复用器和所述参数测试系统进行控制，和对所述参数测试系统所测得的参数进行采集和处理。
在其中一个实施例中，所述总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置还包括矩阵开关，所述多路复用器通过所述矩阵开关与所述被试样品连接，所述矩阵开关用于将所述被试样品中施加相同信号的端口连接在一起。
在其中一个实施例中，所述控制与数据采集处理系统控制所述矩阵开关，将所述施加相同信号的端口连接在一起。
在其中一个实施例中，所述电源和信号源包括电压源、电流源和脉冲源。
在其中一个实施例中，所述电压源为0～60V的电压源，所述电流源为0～3A的电流源，所述脉冲源为0～100kHZ的脉冲源。
在其中一个实施例中，所述参数测试系统包括电流表、电压表、示波器和半导体参数测试仪。
在其中一个实施例中，所述控制与数据采集处理系统包括装有控制与采集软件的计算机、数据采集卡和数据传输线。
在其中一个实施例中，所述总剂量辐照系统、所述多路复合器、所述电源和信号源、所述参数测试系统以及控制和数据采集处理系统是通过电引线和数据传输线相连的。
在其中一个实施例中，所述总剂量辐照系统、所述矩阵开关、所述多路复合器、所述电源和信号源、所述参数测试系统以及控制和数据采集处理系统是通过所述电引线和所述数据传输线相连的。
本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置工作，控制与数据采集处理系统对多路复用器、总剂量辐照系统、参数测试系统进行控制，多路复用器接受控制与数据采集处理系统的控制，连接电源和信号源或参数测试系统，当多路复用器与电源和信号源连接时，被试样品处于总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试状态，当多路复用器与参数测试系统连接时，被试样品处于在线功能与参数测试状态，得出测试参数，控制与数据采集处理系统对测试参数进行采集和处理，得出所述被试样品的总剂量辐照和热载流子注入综合效应的评价。
附图说明
图1为本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置其中一个实施例的结构示意图；
图2为本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置其中一个实施例的结构示意图；
图3为0.18μm工艺的体硅NMOS器件总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试状态装置示意图；
图4为0.18μm工艺的体硅NMOS器件在线测试状态装置示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，包括总剂量辐照系统100、电源和信号源200、参数测试系统300、多路复用器400以及控制与数据采集处理系统500，控制与数据采集处理系统500分别与参数测试系统300、多路复用器400连接，多路复用器400与总剂量辐照系统100连接，多路复用器400与被试样品连接；
多路复用器400接受控制与数据采集处理系统500的控制连接电源和信号源200或参数测试系统300，当多路复用器400与电源和信号源200连接时，所述被试样品处于总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试状态，当多路复用器400与参数测试系统300连接时，所述被试样品处于在线功能与参数测试状态；
控制与数据采集处理系统500用于对多路复用器400和参数测试系统300进行控制，同时对参数测试系统300所测得的参数进行采集和处理。
在这里，总剂量辐照系统用于对被试样品进行总剂量电离辐照试验，一般来说总剂量辐照系统能产生平均能量为10keV的X射线光子垂直照射到样品腔内的样品上。样品上受到辐照的总剂量由剂量率和辐照时间决定，其中剂量率可通过改变高压电源的电压和电流，以及样品放置高度来进行设置，并可由剂量计来进行计量。
电源和信号源用于为样品在总剂量辐照过程中施加电力，和对被试样品进行热载流子注入试验。
参数测试系统用于对被试样品进行在线参数测试。
本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置工作，控制与数据采集处理系统对多路复用器、总剂量辐照系统、参数测试系统进行控制，多路复用器接受控制与数据采集处理系统的控制，连接电源和信号源或参数测试系统，当多路复用器与电源和信号源连接时，被试样品处于总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试状态，当多路复用器与参数测试系统连接时，被试样品处于在线功能与参数测试状态，得出测试参数，控制与数据采集处理系统对测试参数进行采集和处理，得出所述被试样品的总剂量辐照和热载流子注入综合效应的评价。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置还包括矩阵开关600，多路复用器400通过矩阵开关600与所述被试样品连接，矩阵开关600用于将所述被试样品中施加相同信号的端口连接在一起。
在这里，矩阵开关是用于将被试样品中需要施加相同信号的端口连接在一起，被试样品在辐照和热载流子注入综合效应试验时或在在线功能和参数测试时，部分端口会连接相同的电信号，例如部分端口会都需要连接地信号，矩阵开关将被试样品的各端口中需要连接相同信号的所有端口都输出到一个输出信号中。假设某个被试样品中端口N1、N3和N5都需要连接到+5V电压端口，而端口N2、N6和N8都需要连接到地端口，那么这时矩阵开关就将N1、N3和N5与M1相连，所述M1通过多路复用器与+5V电源相连，N2、N6和N8与M2相连，所述M2通过多路复用器与地端相连。
矩阵开关将被试样品中需要施加相同信号的端口连接在一起，可以优化本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置的结构，节约生产成本，另外当被试样品中包含有多个电子元件时，矩阵开关带来的简化效果将更加明显，换言之同样复杂程度的测试装置，本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置可以同时进行更多样品的测试，提高测试效率。所以本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置还是一种结构优化、测试效率高的综合效应测试装置。
在其中一个实施例中，控制与数据采集处理系统500控制矩阵开关600，将所述施加相同信号的端口连接在一起。
在本实施例中，本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置对被试样品进行测试的过程中，矩阵开关内有多个开关阵列的开合需要控制，如果这些开关阵列的开合需要手动控制必然会耗费操作人员大量时间与精力并且容易出错，在这个实施例中利用控制与数据采集处理系统对矩阵开关进行控制简化了操作人员进行测试操作过程中的步骤，减少了工作量，节约了时间，提升了工作效率。
在其中一个实施例中，所述电源和信号源包括电压源、电流源和脉冲源。
这里电压源、电流源和脉冲源可以根据实际被试样品的不同进行更换与选择，扩大本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置的使用范围。
在其中一个实施例中，所述电压源为0～60V的电压源，所述电流源为0～3A的电流源，所述脉冲源为0～100kHZ的脉冲源。
在常规被试样品的测试过程中，根据经验，会选取0～60V的电压源，0～3A的电流源，0～100kHZ的脉冲源，直接选择与常规被试样品合适量程的电压源、电流源和脉冲源，可以快速对常规被试样品进行测试。
在其中一个实施例中，所述参数测试系统包括电流表、电压表、示波器和半导体参数测试仪。
一般的参考测试系统包括电流变、电压表、示波器和半套题参数测试仪的，所以选取此参数测试系统有利于本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置的推广与运用，也有利于使用过程的维护。
在其中一个实施例中，所述控制与数据采集处理系统包括装有控制与采集软件的计算机、数据采集卡和数据传输线。
这里所述的装有控制与采集软件的计算机指的是在普通计算机中装入合适的控制与采集软件，这种装有控制与采集软件的计算机能够智能控制矩阵开关、多路复用器和参数测试系统，协调其正常工作，另外还能对参数测试系统得出的数据进行采集处理，得出测试被试样品的测试结果。
在其中一个实施例中，所述总剂量辐照系统、所述多路复合器、所述电源和信号源、所述参数测试系统以及控制和数据采集处理系统是通过电引线和数据传输线相连的。
在其中一个实施例中，所述总剂量辐照系统、所述矩阵开关、所述多路复合器、所述电源和信号源、所述参数测试系统以及控制和数据采集处理系统是通过所述电引线和所述数据传输线相连的。
为了更进一步解释本发明总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置的技术方案，下面将用以0.18μm工艺的体硅NMOS器件这一具体实施例来详细说明。
0.18μm工艺的体硅NMOS器件被试样品中封装了2只NMOS器件，每只器件都为4端结构即栅极(G)、漏极(D)、源极(S)和体区(T)，因此从10keVX射线总剂量辐照系统样品腔内引出的电连接线为8根，通过矩阵开关输出的端口为4个。
如图3：NMOS器件总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试状态装置示意图所示，此时NMOS1和NMOS2的S端通过矩阵开关连接到M1上，T端连接到M2上，D端连接到M3上，G端连接到M4上。多路复用器连接到输出A。热载流子试验时其中一组电压应力为：NMOS器件的栅极电压1.6V，漏极电压2.6V，因此A1～A4的连接状态为A1和A2接地，A3接2.6V，A4接1.6V。
总剂量辐照与热载流子注入综合效应试验结束后，需要对被试样品进行功能和参数测试，此时采用图4的连接形式进行测试，矩阵开关只输出NMOS1的各端口，且多路复用器连接到输出B，采用半导体参数测试仪对NMOS1的I-V曲线进行扫描。
在整个综合效应的测试过程中采用控制与数据采集处理系统中的计算机和数据采集卡对矩阵开关中开关阵列的开合、多路复用器中输出选择进行控制，并对半导体参数测试仪测得的数据进行采集和处理，得出综合效应测试结果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，包括总剂量辐照系统、电源和信号源以及参数测试系统，其特征在于，还包括多路复用器、控制与数据采集处理系统以及矩阵开关，所述控制与数据采集处理系统分别与所述参数测试系统、所述多路复用器连接，所述多路复用器与所述总剂量辐照系统连接，所述多路复用器与被试样品连接，多路复用器通过所述矩阵开关与所述被试样品连接；
所述多路复用器接受所述控制与数据采集处理系统的控制连接所述电源和信号源或所述参数测试系统，当所述多路复用器与所述电源和信号源连接时，所述被试样品处于总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试状态，当所述多路复用器与所述参数测试系统连接时，所述被试样品处于在线功能与参数测试状态；
所述控制与数据采集处理系统用于对所述多路复用器和所述参数测试系统进行控制，和对所述参数测试系统所测得的参数进行采集和处理；
所述矩阵开关用于将所述被试样品中施加相同信号的端口连接在一起。
2.根据权利要求1所述的总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，其特征在于，所述控制与数据采集处理系统控制所述矩阵开关，将所述施加相同信号的端口连接在一起。
3.根据权利要求1或2所述的总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，其特征在于，所述电源和信号源包括电压源、电流源和脉冲源。
4.根据权利要求3所述的总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，其特征在于，所述电压源为0～60V的电压源，所述电流源为0～3A的电流源，所述脉冲源为0～100kHZ的脉冲源。
5.根据权利要求1或2所述的总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，其特征在于，所述参数测试系统包括电流表、电压表、示波器和半导体参数测试仪。
6.根据权利要求1或2所述的总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，其特征在于，所述控制与数据采集处理系统包括装有控制与采集软件的计算机、数据采集卡和数据传输线。
7.根据权利要求1所述的总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，其特征在于，所述总剂量辐照系统、所述多路复用器、所述电源和信号源、所述参数测试系统以及控制和数据采集处理系统是通过电引线和数据传输线相连的。
8.根据权利要求1或2所述的总剂量辐照与热载流子注入综合效应测试的装置，其特征在于，所述总剂量辐照系统、所述矩阵开关、所述多路复用器、所述电源和信号源、所述参数测试系统以及控制和数据采集处理系统是通过电引线和数据传输线相连的。
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