CN104849642B - 双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统及方法，双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统包括依次序连通的真空泵、测压装置、控温装置和氢气供给装置，真空泵与测压装置之间设有第一调节阀，控温装置与氢气供给装置之间设有第二调节阀，控温装置包括密封盖和能够容纳双极型器件的主体，密封盖与主体的开口相适配，主体与测压装置、氢气供给装置分别连通。本系统能够有效地在双极型器件的氧化层或硅界面处掺入氢分子。双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理方法能使双极型器件的氧化层或硅界面处掺入的氢分子浓度达到符合试验要求的预定浓度。

Description

双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统及 方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统及方法。

背景技术

双极型器件在模拟集成电路、混合信号集成电路及超高速射频集成电路中取得广泛应用。但当这些产品应用于空间环境、地面上有辐射的环境时，器件将面临长时间、高能量、大剂量的粒子辐射，器件及其电路性能将会退化，系统寿命会显著减少。双极型晶体管与线性电路在低剂量率辐射下电学性能的退化会远大于高剂量率辐射下电学性能的退化，这称为低剂量率辐射损伤增强效应(Enhanced low dose rate sensitivity，ELDRS)。研究结果表明：辐射诱生界面态及相关电学参数的退化在两种环境下将相差六倍以上。基于该效应，通常实验室采用的高剂量率辐射试验前并不能准确预测与评估双极型晶体管与线性电路在空间低剂量率辐射环境下的使用寿命及电学可靠性。根据美军标STD-883J方法1019.9、欧空局标准ECSS-22900、国军标GJB 762.2-89、航天QJ 10004-2008等标准，均规定双极型器件与线性电路必须采用低剂量率进行总剂量地面模拟试验，其剂量率需介于10^-4-10^-2rad/s范围内。根据宇航标准，宇航用的双极型器件与线性电路必须至少能承受100Krad的总剂量辐射。但是，如果采用低剂量率地面模拟试验来预估双极型器件及线性电路在空间环境下的使用寿命及电学可靠性，则需花费约两千小时的机时及上百万元的试验费用，对于业界而言这是相当昂贵的。后来，研究发现通过在双极型器件的氧化层或硅界面处通过注入氢分子，可有效加速其ELDRS效应，从而实现高剂量率辐射条件下的加速退化，即能通过高剂量率辐射试验来模拟低剂量辐射损伤增强效应，从而提升预测与评估双极型晶体管在空间低剂量率辐射环境下的使用寿命及电学可靠性的准确性，同时也减少试验机时及费用。但是，目前缺乏用于在双极型器件的氧化层或硅界面处注入适当浓度氢分子进行预先处理的专用工具。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统及方法，双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统能够有效地在双极型器件的氧化层或硅界面处掺入预定浓度的氢分子。

其技术方案如下：

一种双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统，其特征在于，包括依次序连通的真空泵、测压装置、控温装置和氢气供给装置，真空泵与测压装置之间设有第一调节阀，控温装置与氢气供给装置之间设有第二调节阀，控温装置包括密封盖和能够容纳双极型器件的主体，密封盖与主体的开口相适配，主体与测压装置、氢气供给装置分别连通。

在其中一个实施例中，所述密封盖上设有透明的视窗。

在其中一个实施例中，所述真空泵与所述第一调节阀之间设有宝塔式接头，所述真空泵通过软管与该宝塔式接头连通。

在其中一个实施例中，所述第一调节阀和第二调节阀均为手动式直通阀。

在其中一个实施例中，所述测压装置包括三通阀和压力表，三通阀与压力表、所述第一调节阀、所述控温装置的主体分别连通。

在其中一个实施例中，所述密封盖与所述主体铰链式连接。

一种双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理方法，包括如下具体步骤：

将双极型器件放入控温装置的主体内，通过密封盖进行密封；

关闭第二调节阀，打开第一调节阀，开启真空泵，通过测压装置检测并显示主体内的气压值；

当气压值小于第一预定值时，关闭第一调节阀，打开第二调节阀，氢气供给装置向控温装置的主体内通入氢气；

当气压值达到第二预定值时，关闭第二调节阀，控温装置将主体内的温度保持在预定温度，保持预定时间；

预定时间之后，开启真空泵，打开第一调节阀，真空泵将主体内的氢气抽走；

打开密封盖，取出双极型器件。

下面对前述技术方案的优点或原理进行说明：

上述双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统，控温装置用于提供双极型器件掺氢处理的场所和环境(如主体、主体内适当的温度)，真空泵用于调控控温装置的主体内的气体环境(如抽真空、抽氢)，测压装置用于显示控温装置的主体内的气压值，氢气供给装置用于向主体内提供氢气，本系统能够有效地在双极型器件的氧化层或硅界面处掺入氢分子。

上述双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理方法，通过调节主体内的预定温度、氢气浓度及保持预定时间，能使双极型器件的氧化层或硅界面处掺入的氢分子浓度达到符合试验要求的预定浓度。

附图说明

图1为本发明实施例所述的双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统的结构示意图；

图2为图1中双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统的剖面示意图。

附图标记说明：

1、控温装置，11、主体，12、密封盖，13、视窗，2、真空泵，21、软管，3、第一调节阀，31、宝塔式接头，4、测压装置，41、三通阀，42、压力表，5、第二调节阀，6、氢气供给装置。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1-2所示，为一种双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统，包括依次序彼此通过管道连通的真空泵2、测压装置4、控温装置1和氢气供给装置6，真空泵2与测压装置4之间设有第一调节阀3，控温装置1与氢气供给装置6之间设有第二调节阀5，控温装置1包括密封盖12和能够放置双极型器件的主体11，密封盖12与主体11的开口相适配，密封盖12与主体11铰链式连接，主体11与测压装置4、氢气供给装置6分别连通。其中，控温装置1用于提供双极型器件掺氢处理的场所和环境(如主体11内适当的气压、温度)，真空泵2用于调控控温装置的主体11内的气体环境(如抽真空、抽氢)，测压装置4用于显示控温装置1的主体11内的气压值，氢气供给装置6用于向主体11内提供氢气，本系统能够有效地在双极型器件的氧化层或硅界面处掺入预定浓度的、符合试验要求的氢分子。

本实施例中，密封盖12上设有透明的视窗13，便于观测主体11内的处理样品；真空泵2与第一调节阀3之间设有宝塔式接头31，真空泵2通过软管21与该宝塔式接头31连通，在保障气密性要求的同时便于组装或拆卸，便于储存和维护；第一调节阀3和第二调节阀5都是手动式直通阀，便于人员调控。另外，测压装置4包括三通阀41和压力表42，三通阀41与压力表42、第一调节阀3、控温装置1的主体11分别连通。

一种双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理方法，包括如下具体步骤：

将双极型器件放入控温装置1的主体11内，通过密封盖12进行密封；

关闭第二调节阀5，打开第一调节阀3，开启真空泵2，观察测压装置4中压力表42显示的压力值；

当压力值小于第一预定值(如10^-1Pa)时，关闭第一调节阀3，打开第二调节阀5，氢气供给装置6向控温装置1的主体11内通入氢气，氢气分子会渗透入双极型器件的氧化层或硅界面处；

当气压值达到第二预定值时，关闭第二调节阀5，控温装置1将主体11内的温度保持在预定温度，保持预定时间(如两个星期)，确保双极型器件的氧化层或硅界面处能渗入较高浓度的氢分子；

保持预定时间后，开启真空泵2，打开第一调节阀3，真空泵2将主体11内的氢气抽走；

打开密封盖12，取出双极型器件。此时的双极型器件已完成了预处理(掺入的氢分子浓度可根据主体11内的预定温度、氢气浓度及保持预定时间而调节)，能够用于进行模拟低剂量率辐射损伤增强效应的高剂量率辐射(如10rad/s)试验。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (4)

1.一种双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统，其特征在于，包括依次序连通的真空泵、测压装置、控温装置和氢气供给装置，真空泵与测压装置之间设有第一调节阀，所述真空泵与所述第一调节阀之间设有宝塔式接头，所述真空泵通过软管与该宝塔式接头连通；控温装置与氢气供给装置之间设有第二调节阀，控温装置包括密封盖和能够容纳双极型器件的主体，密封盖与主体的开口相适配，所述密封盖与所述主体铰链式连接，主体与测压装置、氢气供给装置分别连通，所述测压装置包括三通阀和压力表，三通阀与压力表、所述第一调节阀、所述控温装置的主体分别连通。

2.根据权利要求1所述的双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统，其特征在于，所述密封盖上设有透明的视窗。

3.根据权利要求1所述的双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统，其特征在于，所述第一调节阀和第二调节阀均为手动式直通阀。

4.一种采用如权利要求1所述的双极型器件低剂量率辐射损伤增强效应试验的预处理系统的方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

将双极型器件放入控温装置的主体内，通过密封盖进行密封；

关闭第二调节阀，打开第一调节阀，开启真空泵，通过测压装置检测并显示主体内的气压值；

当气压值小于第一预定值时，关闭第一调节阀，打开第二调节阀，氢气供给装置向控温装置的主体内通入氢气；

当气压值达到第二预定值时，关闭第二调节阀，控温装置的主体调节内部的温度使之达到预定温度，保持预定时间；

预定时间之后，开启真空泵，打开第一调节阀，真空泵将主体内的氢气抽走；

打开密封盖，取出双极型器件。