CN106353622B - 基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法 - Google Patents
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Abstract
基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，涉及电子技术领域。本发明是为了解决电子元器件地面辐照过程中，由于环境气氛和温度的影响，导致电性能原位测试不准确和评价效率低的问题。本发明采用氩气环境，这样可以有效地排除以往辐照试验过程中空气中氧气的影响和真空辐照中负压的影响，提高了电子元器件原位测试的准确性。在辐照过程中进行变温辐照，温度区间选取双极晶体管工作的环境温度条件，这样的原位测试方法低剂量率增强效应加速试验方法步骤简单，易于操作。本发明适用于双极型电子元器件空间辐照效应研究和试验。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域。
背景技术
在电离辐射环境中，电子元器件在高能电子辐照下受到的辐射损伤，但目前高能电子真空原位测试很难实现，而且即使是在真空环境下，电子元器件开帽后由于负压的影响会影响晶体管内部气氛，特别是氢气的改变。研究表明，辐照导致电子元器件,特别是,双极晶体管的性能退化主要取决于空穴的总数和未与电子产生复合反应的空穴数量，而氢元素的含量会直接影响空穴的数量。当空穴在双极型晶体管氧化层中迁移时，这些空穴可以和含氢的缺陷发生反应，释放出H+。这些氢离子被传输到界面会使双极型晶体管界面附近的Si-H键发生反应，产生的Si离子则为悬挂键，这些悬挂键可以作为双极型晶体管界面态的复合中心，如下所示：
H++Si→Si++H2。
而通过有一定压强的氩气环境下，可以保证开帽后电子元器件在辐照过程中不会受到空气气氛下的氧元素的影响，同时也不会受到真空条件下负压的影响，进而满足辐照过程中的状态与其服役环境条件相一致，从而保证电子元器件在原位辐照过程中的测试及数据分析的准确性。
电子元器件在空间应用期间，不光受到辐射环境的影响，同时交变温度场也是不可避免的服役环境。而温度对电子元器件的电性能影响很大，在双极晶体管中的发射区由于重掺杂会导致禁带宽度变窄，这个效应会导致双极晶体管的电性能发生变化，电流增益表现出较大的正温度系数。电子元器件性能改变的原因与载流子的输运特性是分不开的，而载流子，不论是多子，还是少子，它们的迁移和扩散均与温度密切相关，因此，研究温度对电子元器件的辐照效应的影响也是至关重要的。
目前，针对电子元器件的辐射损伤研究大多数都采用单因素辐照环境下的性能退化进行研究，所得到的试验结果均在真空下单因素物理场条件下的辐照效应研究。电子元器件地面辐照过程中，由于环境气氛和温度的影响，导致电性能原位测试不准确和评价效率低。
发明内容
本发明是为了解决电子元器件地面辐照过程中，由于环境气氛和温度的影响，导致电性能原位测试不准确和评价效率低的问题，现提供基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法。
基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：将待测试的电子元器件进行开帽处理，并将处理后的电子元器件置于非真空的密封环境下；
步骤二：向密封环境下充入氩气，获得氩气辐照环境气氛；
步骤三：在氩气辐照环境气氛下，对待测试的电子元器件进行变温辐照，获得电子元器件损伤退化结果。
上述基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，步骤一中：
步骤一一：在开帽处理之后，获得待测试的电子元器件的一次初始参数；
步骤一二：将处理后的电子元器件置于非真空的密封环境下，并将电子元器件的电性能测试引线通过真空插头连接至半导体电性能测试仪，获得待测试的电子元器件的二次初始参数；
步骤一三：将一次初始参数与二次初始参数进行对比，若两组参数一致，则执行步骤二，否则返回执行步骤一。
上述基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，步骤二中：
步骤二一：对密封环境进行抽真空处理，使得密封环境中的压强为10-3Pa，然后向密封环境下充入氩气；
步骤二二：重复步骤二一，使得密封环境中充入氩气后的压强为0.001MPa～2MPa。
上述基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，步骤二二中密封环境中充入氩气后的压强为0.06MPa。
上述基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，步骤三中，变温辐照的温度变化范围为20℃～500℃。
上述基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，步骤三中，根据辐射环境设定辐照注量点进行原位测试。
本发明的有益效果是：本发明的采用氩气环境，这样可以有效地排除以往辐照试验过程中空气中氧气的影响和真空辐照中负压的影响，提高了电子元器件原位测试的准确性。在辐照过程中进行变温辐照，温度区间选取双极晶体管工作的环境温度条件，这样的原位测试方法低剂量率增强效应加速试验方法步骤简单，易于操作。本发明所提出的技术途径能够大幅度降低宇航级电子元器件地面评价试验的时间与费用，同比降低了25％以上，也可为优化双极晶体管和电路抗辐照性能提供必要依据，减小原位测试过程中环境因素产生的影响，对电子元器件的地面评价测试和工艺研究具有重大的意义。在双极型电子元器件空间辐照效应研究和试验方法及抗辐照加固技术应用中，有着明显的优势和较高的技术水平。
附图说明
图1为基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法的流程图；
图2为晶体管3CG110在氩气环境气氛下，不同温度条件1MeV电子辐照后的电性能参数测试曲线图。
具体实施方式
参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，包括以下步骤：
步骤一：将待测试的电子元器件进行开帽处理，并将处理后的电子元器件置于非真空的密封环境下。置于非真空的密封环境，能够避免由于真空负压导致双极晶体管电性能改变。
步骤二：向密封环境下充入氩气，获得氩气辐照环境气氛。基于环境气氛压强可以有效保持电子元器件的性能稳定，并且起到排除负压及氧气在辐照过程中对电子元器件电性能的影响。
步骤三：在氩气辐照环境气氛下，对待测试的电子元器件进行变温辐照，获得电子元器件损伤退化结果。利用温度控制装置，可以更好地模拟空间温度场变化，采用此方法进行原位测试可以更准确的评价双极晶体管服役状态，并且有效地提高试验效率和使用成本。
本实施方式的测试方法，可以更好地模拟空间多物理场的服役环境，即更准确的模拟电子元器件在轨服役环境，基于本发明的试验测试方法可以大大提高宇航级电子元器件地面评价工作效率，这样就为多种类型电子元器件找到了一种成本低、效率高、评价准确的地面模拟测试方法。
具体实施例一、基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，包括以下步骤：
步骤一：首先将温度控制装置放置在密封腔内，温度控制装置引线利用密封腔的真空插头进行连接，然后调节温度区间至所需要的范围，即：20℃～500℃；
步骤二：将待辐照电子元器件(即测试样品)进行开帽处理，测试一次初始参数，然后将样品固定在特制卡具，并固定在温控装置上；
步骤三：将样品的电性能测试引线通过真空插头连接至半导体电性能测试仪，二次初始参数，并与之前的一次初始参数结果进行比对，性能相一致后待用；
步骤四：将密封腔体进行抽真空至10-3Pa，然后通入氩气，压强大小为0.06MPa，然后再次抽真空，并再次通入氩气至0.06MPa；为了保证密封腔体的纯净度，需要多进行几次上述步骤；
步骤五：设置辐照参数，并根据电子元器件服役环境确定其温度参数，根据其辐射环境设定辐照注量点进行原位测试，根据上述结果确定电子元器件损伤退化程度。
具体实施例二、本实施例所述的基于氩气环境改变温度条件下晶体管3CG110高能电子辐照效应的原位测试方法，该方法的具体步骤为：
步骤一：首先将双极型晶体管3CG110测试原始数据测试，选择符合性能指标的样品留着备用，并记录初始值；
步骤二：将密封腔固定在高能电子辐照源对应位置，并在密封腔辐照区域放置温度控制装置，调节温度热台至水平面与电子入射方向垂直；
步骤三：将待辐照样品晶体管3CG110进行开帽处理，利用半导体电性能测试仪测试3CG110参数，然后将样品固定在特制卡具，并固定在温控装置上；
步骤四：将密封腔内3CG110样品通过真空插头连接外部半导体电性能测试仪，再次测试，并与之前测试结果对比；
步骤五：将密封腔体进行抽真空，然后通入氩气，压强大小为0.06MPa，然后再次抽真空，并再次通入氩气至0.06MPa；
步骤六：温度控制装置引线利用密封腔的真空插头进行连接；调节温度区间到所需要的范围；
步骤七：设置辐照参数，调节电子能量为1MeV，束流每秒1E10个/cm2，总注量选择100kard；
步骤八：进行原位辐照测试，辐照注量测试点选择分别对应注量10kard、20kard、50kard、70kard和100kard。
参照图2，1MeV高能电子所产生的辐射损伤是以正氧化物电荷与界面态为主，这两类缺陷会对器件的电流增益产生较大的影响，导致器件发生性能退化。在此过程中温度和环境气氛对晶体管3CG110性能产生比较大的影响。通过本方法，一是可以避免器件由于开帽导致的辐照环境气氛对电性能的影响；二是调节辐照过程中的温度，使其辐照环境温度与其服役工作温度相一致，这样多因素耦合作用下研究晶体管3CG110辐照效应，可以提高测试结果准确性，更好地评价服役可靠性和预估使用寿命，并显著降低了晶体管3CG110的辐照效应的性能测试费用，同时为其他类型双极型晶体管的空间环境效应多因素物理场地面模拟试验方法提供了技术支撑。
Claims (5)
1.基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：将待测试的电子元器件进行开帽处理，并将处理后的电子元器件置于非真空的密封环境下；
步骤二：向密封环境下充入氩气，获得氩气辐照环境气氛；
步骤三：在氩气辐照环境气氛下，对待测试的电子元器件进行变温辐照，获得电子元器件损伤退化结果；
其特征在于，步骤一中：
步骤一一：在开帽处理之后，获得待测试的电子元器件的一次初始参数；
步骤一二：将处理后的电子元器件置于非真空的密封环境下，并将电子元器件的电性能测试引线通过真空插头连接至半导体电性能测试仪，获得待测试的电子元器件的二次初始参数；
步骤一三：将一次初始参数与二次初始参数进行对比，若两组参数一致，则执行步骤二，否则返回执行步骤一。
2.根据权利要求1所述的基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，其特征在于，步骤二中：
步骤二一：对密封环境进行抽真空处理，使得密封环境中的压强为10-3Pa，然后向密封环境下充入氩气；
步骤二二：重复步骤二一，使得密封环境中充入氩气后的压强为0.001MPa～2MPa。
3.根据权利要求2所述的基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，其特征在于，步骤二二中密封环境中充入氩气后的压强为0.06MPa。
4.根据权利要求1所述的基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，其特征在于，步骤三中，变温辐照的温度变化范围为20℃～500℃。
5.根据权利要求1所述的基于氩气环境改变温度条件下电子元器件高能电子辐照效应的原位测试方法，其特征在于，步骤三中，根据辐射环境设定辐照注量点进行原位测试。
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