CN106771953B - 肖特基二极管抗辐照能力无损筛选方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选方法及装置，方法包括：获取辐照前作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流、反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值；获取经过辐照后的作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流；计算辐照前后的反向漏电流退化量；以反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值作为信息参数，以反向漏电流退化量作为辐照性能参数，建立多元线性回归方程，估计线性回归方程中的系数向量；建立无损筛选回归预测方程；利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个器件的抗辐照性能。本发明能够实现在对肖特基二极管无损坏的前提下，进行对元器件准确、高效的抗辐照能力的测试筛选。

Description

肖特基二极管抗辐照能力无损筛选方法及装置
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选方法。
背景技术
目前，肖特基二极管被广泛的应用于军事、航天等领域，由于工作在太空高辐照环境下，势必要受到来自宇宙射线、太阳等离子气、Van Allen带的各种射线(比如α、β、中子、高能粒子、γ射线、χ射线等)的辐照及核辐射，在金属与半导体材料的界面处形成界面陷阱电荷，发生辐照损伤，造成器件性能降低甚至失效，进而影响电路板、子系统，严重时可造成造价高达几亿元的航天器的失效。；因此为了保证进入太空的肖特基二极管具有较好的抗辐射性能，肖特基二极管在使用前都需要进行抗辐照能力测验，以筛选出抗辐照能力较强的肖特基二极管，保证其工作时的稳定性和可靠性。
现有的肖特基二极管测试筛选方法主要有两种：“辐照-退火”方法和多元回归分析法；其中，辐照-退火筛选方法以试验测试为主，美军标MIL-STD-883D给出了具体的实验方法，首先对待筛选器件进行额定剂量的辐照，然后选择一种或者几种灵敏电参数，在两小时内完成对选取的参量进行测试和分析，筛选掉不符合要求的器件。接着进行50％额定剂量的辐照；接着加压退火后再次进行电测试；筛选出合适的器件；具体过程如图1所示。该方法存在有两方面的局限性：一是检测成本高，时间长；二是检测本身常常具有破坏性，即最后筛选出的器件都经过了辐照，使器件寿命本身已经降低，而且由于采用大剂量率试验来等效空间低剂量率辐照环境的方法，模拟结果往往不准确。现有技术中的多元回归分析方法的技术难点是如何选择敏感的信息参数，既可以实现辐照前的抗辐照能力预测，又与器件的微观损伤紧密联系，通常的做法是选用辐照前的正向压降和反向击穿电压作为信息参数，辐照后的反向漏电流退化作为辐射性能参数，此种方式忽视了噪声参量而得出的SBD器件的反向漏电流漂移预测不准确，最终影响肖特基二极管器件的筛选的准确性和可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选方法及装置，以解决上述问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选方法，包括：
获取辐照前作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流、反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值；
获取经过辐照后的所述作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流；
基于辐照前的肖特基二极管的反向漏电流和经过辐照后的肖特基二极管的反向漏电流，计算辐前照后的反向漏电流退化量；
对数据进行预处理，以所述反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值作为信息参数，以所述反向漏电流退化量作为辐照性能参数，建立多元线性回归方程，并估计线性回归方程中的系数向量；
基于所述系数向量，建立所述信息参数、噪声电压功率谱幅值和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；
利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个器件的抗辐照性能，对同批其他肖特基二极管器件进行筛选。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中：
所述获取随机子样肖特基二极管的噪声电压功率谱幅值包括：
设置肖特基二极管的偏置电流；
在肖特基二极管两端引出噪声信号；
对所述噪声信号进行前置放大，得到前置放大信号；
采集所述前置放大信号，计算得到噪声电压功率谱幅值。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中：
所述利用所述无损筛选回归预测方程，测试单个肖特基二极管的抗辐照性能，对同批肖特基二极管进行筛选，包括：
获取待筛选肖特基二极管的反向击穿电压和低频噪声幅值；
基于所述反向击穿电压和低频噪声幅值，利用所述回归预测方程，得到此肖特基二极管的反向漏电流退化量预测值；
将所述反向漏电流退化量预测值和此批肖特基二极管的反向漏电流漂移容限进行比较，如果此预测值在此类肖特基二极管的反向漏电流漂移容限之内，则认为此肖特基二极管为合格产品；反之，如果得到的预测值落在此类肖特基二极管的反向漏电流漂移容限之外，则认为此肖特基二极管为不合格产品。
第二方面，本发明实施例提供了一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选装置，包括：
第一获取单元，用于获取辐照前作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流、反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值；
第二获取单元，用于获取经过辐照后的所述作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流经过辐照后的；
计算单元，基于辐照前的肖特基二极管的反向漏电流和经过辐照后的肖特基二极管的反向漏电流，计算辐前照后的反向漏电流退化量；
线性回归方程建立单元，用于对数据进行预处理，以所述反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值作为信息参数，以所述反向漏电流退化量作为辐照性能参数，建立多元线性回归方程，并估计线性回归方程中的系数向量；
无损筛选回归预测方程建立单元，用于基于所述系数向量，建立所述信息参数、噪声电压功率谱幅值和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；
测试单元，用于利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个器件的抗辐照性能，对同批其他肖特基二极管器件进行筛选。
本发明实施例所提供的方法以及装置，能够实现在对肖特基二极管无损坏的前提下，进行对肖特基二极管抗辐照能力进行检验，进而实现准确、高效的筛选出抗辐照能力强的肖特基二极管元器件。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了现有技术中“辐照-退火”方法流程示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选方法的方法流程示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的噪声电压功率谱幅值B的测量系统的结构示意图；
图4示出了本发明实施例所提供的一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
对于SBD器件，现有技术中的多元回归分析方法的技术难点是如何选择敏感的信息参数，既可以实现辐照前的抗辐照能力预测，又与器件的微观损伤紧密联系。通常的做法是选用辐照前的正向压降和反向击穿电压作为信息参数，辐照后的反向漏电流退化作为辐射性能参数。从微观机制上分析可得的，正向压降受辐照影响比较小，甚至可以忽略，而噪声参量在电学参量表征失效的情况下，能显著反应出器件辐照损伤效应，而常规的多元回归分析方法由于忽视了噪声参量而得出的SBD器件的反向漏电流漂移，进而会导致预测不准确，最终影响SBD器件的筛选精确度；基于此，本发明实施例所提供的方法能够在做到对肖特基二极管无损伤的前提下，通过使用噪声幅值这一参数进行回归分析，提高了测试准确度，保证被筛选肖特基二极管元器件的可靠性。
下面通过具体实施例进行对本发明技术方案的详细介绍。
如图1所示，本发明实施例提供了一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选方法，包括如下步骤：
S201、获取辐照前作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流IS、反向击穿电压VBR和噪声电压功率谱幅值B；
进行上述步骤中之前，首先需从一批肖特基二极管的抽样母体中按照简单随机抽样原则抽取n个随机子样，n大于等于20；测量这些随机子样肖特基二极管的反向漏电流IS、反向击穿电压VBR和噪声电压功率谱幅值B，并记录测试条件；
上述测量SBD的反向击穿电压VBR时，流过SBD规定的反向电流为1mA，加于SBD两极的电压为其最小击穿电压VBR。如果大于这个电流值，器件将会发生雪崩击穿，器件也将被损坏。而且可以反应辐照诱生界面态，界面态密度分布改变，导致器件有效肖特基势垒高度减小，肖特基势垒高度的费米能级钉扎位置变化。
S202、获取经过辐照后的所述作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流IS′；
需要说明的是，上述辐照实验的辐照的剂量率和总剂量要根据具体具体SBD器件额定辐照剂量来设定，为了模拟空间辐照环境，优选地，剂量率设置在50到300rad(Si)/s之间，且要限制在辐照后两个小时之内完成测量，以免器件退火严重影响测试结果。
S203、基于辐照前的肖特基二极管的反向漏电流IS和经过辐照后的肖特基二极管的反向漏电流IS′，计算辐前照后的反向漏电流退化量：ΔIs＝IS′-IS；；
S204、对数据进行预处理，以上述反向击穿电压VBR和噪声电压功率谱幅值B作为信息参数，以上述反向漏电流退化量ΔIs作为辐照性能参数，建立多元线性回归方程并估计线性回归方程中的系数向量
进一步的，选反向击穿电压VBR和l/f噪声电压功率谱幅值B为信息参数，反向漏电流退化量ΔIs为辐照性能参数，采用线性回归法建立VBR，B和ΔIs之间的线性回归方程为：其中，X是由辐照前的击穿电压VBR和l/f噪声电压功率谱幅值B的测量值构成的已知常数矩阵，是残差；
并通过以下方式估计线性回归方的系数向量
(1)将多元线性回归方程进一步展开为
其中，ΔIs1、ΔIs2、…、ΔIsn为第1、2、…、n个随机子样的辐照后反向漏电流退化量；
VBR1、VBR2、…、VBR3为第1、2、…、n个随机子样的辐照前击穿电压；
B1、B2、…、Bn为第1、2、…、n个随机子样的辐照前噪声电压功率谱幅值；
β0、β1和β2分别为常数项、击穿电压的系数和l/f噪声电压功率谱幅值的系数；
ε1、ε2、…、εn分别为第1、2、…、n个随机子样的线性回归方程的残差；
(2)利用最小二乘估计法估计出信息参数的系数向量为：
其中，XT为X的转置矩阵。
S205、基于系数向量建立信息参数VBR、噪声电压功率谱幅值B和辐照性能参数ΔIs之间的无损筛选回归预测方程；
在给定的1-α置信度下，待筛选SBD器件信息参数向量为：其中，VBRk和Bk分别为待筛选器件实测的击穿电压和l/f噪声幅值，则其辐照后反向漏电流漂移量的无损筛选回归预测值为：
其中，t(1-α/2，(n-3))是置信度为1-α的t分布，
MSE定义如下：
SSE为方差平方和，为残差
S206、利用上述无损筛选回归预测方程，预测单个器件的抗辐照性能，对同批其他肖特基二极管器件进行筛选肖特基二极管。
进一步的，利用无损筛选回归预测方程，测试单个肖特基二极管的抗辐照性能，对同批肖特基二极管进行筛选，包括：
首先，测量待筛选SBD器件的反向击穿电压VBR和l/f低频噪声幅值B，测量条件和步骤S201中的测量条件相同；接着把这两个参数带入回归预测方程，得到此SBD器件的反向漏电流退化量预测值；查找此类型SBD器件说明书，确定其反向漏电流漂移容限；将反向漏电流退化量预测值和此批SBD器件的反向漏电流漂移容限进行比较，如果此预测值在此批器件的反向漏电流漂移容限之内，则认为此器件通过筛选，为合格产品；反之，如果得到的预测值落在此批器件的反向漏电流退化容限之外，则认为此器件没有通过筛选，被剔除掉；例如，对于普军级SBD 2DK 140，反向漏电流允许范围是0～1mA。首先测量待筛选器件的反向击穿电压和噪声幅值，按照第二步的说明和此器件的说明书，测量条件设定如下：
反向击穿电压测量条件：IR＝1mA；
l/f噪声幅值测量偏置条件：IF＞1mA；
把待筛选器件的反向击穿电压和l/f噪声的测量值带入回归预测方程，得到其反向漏电流的预测值。如果反向漏电流的预测值在0～1mA这个范围之内，则认为该器件符合要求，可以被选用；如果反向漏电流漂移的预测值超出0～1mA这个范围，则认为该器件不符合要求，被筛选掉。
需要说明的是，电子器件的低频噪声十分微弱，要能有效地检测这种噪声，测试系统必须具有足够高的灵敏度。为此，本发明l/f噪声电压功率谱幅值B的测量采用如图3所示的噪声电压功率谱幅值B的测量系统的结构示意图进行，该系统包括：电源、肖特基二极管适配器、偏置器、低噪声前置放大器和数据采集与分析系统；其中，肖特基二极管适配器和偏置器主要是根据待测器件噪声测试的具体要求，提供偏置电流，使之处于相应的偏置条件。待测的噪声信号经过前置放大器和数据采集卡被送至数据采集与分析系统的微机进行数据的分析处理、存储和打印输出。为了实现信号实时、快速、准确的采集，我们采用DAQ2010数据采集卡，其最大采样速率为2MHz，以保证l/f噪声测试频率范围；量化精度为14bit，以保证测试精度和动态范围。该数据采集卡还带有程控增益放大器、DA转换器，为仪器的功能拓展创造了条件。数据的传输采用异步双缓冲直接内存访问的方式，保证了数据传输的快速和连续。信号连续双通道采集的实现为后续时域分析和频域分析创造了先决条件。测量l/f噪声幅值B时，所加的偏置应该使SBD器件处于大偏置电流条件，因为l/f噪声幅值B在大偏置电流时反映的是界面态和体陷阱的信息，与偏置电流的平方成比例，反映了辐照诱生界面态增大表面复合速度对反向电流漂移的作用。
本发明实施例所提供的筛选方法与现有的SBD筛选方法相比，具有以下优点：
1、筛选出来的器件是未经过辐照的，属于“无损筛选”，因此筛选过程不会减少器件寿命。
2、所选用的信息参数，即l/f噪声电压功率谱幅值B和击穿电压，涵盖了SBD器件辐照时反向漏电流漂移的两个因素，筛选准确度高。
3、只需测量待筛选器件的两个参数，筛选周期短，方法简单，便于实用。
4、SBD的生产商应用本发明的方法可以对各种抗辐射加固设计与工艺技术进行快速评估，缩短此类模块的研发周期，降低研究、开发和生产的成本。
5、SBD的用户可以应用本发明的方法可对其进行100％检测和筛选，从而提高批量器件的平均抗辐射水平；同时，还可用于检测在安装、调试、试验过程中是否因引入了隐性损伤或潜在缺陷而降低了器件的抗辐射能力，从而为上机器件的应用可靠性提供进一步的保障。
6、本发明可作为检测SBD辐射效应的新工具，有助于弄清辐射诱生缺陷的起源，从而找到减少缺陷、提高器件抗辐射能力的途径和措施。
如图4所示，本发明实施例还提供了一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选装置，包括：
第一获取单元410，用于获取辐照前作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流、反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值；
第二获取单元420，用于获取经过辐照后的所述作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流；
计算单元430，用于基于辐照前的肖特基二极管的反向漏电流和经过辐照后的肖特基二极管的反向漏电流，计算辐前照后的反向漏电流退化量；
线性回归方程建立单元440，用于对数据进行预处理，以所述反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值作为信息参数，以所述反向漏电流退化量作为辐照性能参数，建立多元线性回归方程，并估计线性回归方程中的系数向量；
无损筛选回归预测方程建立单元450，用于基于所述系数向量，建立所述信息参数、噪声电压功率谱幅值和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；
测试单元460，用于利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个器件的抗辐照性能，对同批其他肖特基二极管器件进行筛选。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种肖特基二极管抗辐照能力无损筛选方法，其特征在于，包括：
获取辐照前作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流、反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值；
获取经过辐照后的所述作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流；
基于辐照前的肖特基二极管的反向漏电流和经过辐照后的肖特基二极管的反向漏电流，计算辐前照后的反向漏电流退化量；
对数据进行预处理，以所述反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值作为信息参数，以所述反向漏电流退化量作为辐照性能参数，建立多元线性回归方程，并估计线性回归方程中的系数向量；
基于所述系数向量，建立所述信息参数、噪声电压功率谱幅值和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；
利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个器件的抗辐照性能，对同批其他肖特基二极管器件进行筛选；
其中，所述获取随机子样肖特基二极管的噪声电压功率谱幅值包括：
设置肖特基二极管的偏置电流；
在肖特基二极管两端引出噪声信号；
对所述噪声信号进行前置放大，得到前置放大信号；
采集所述前置放大信号，计算得到噪声电压功率谱幅值；
其中，所述利用所述无损筛选回归预测方程，测试单个肖特基二极管的抗辐照性能，对同批肖特基二极管进行筛选，包括：
获取待筛选肖特基二极管的反向击穿电压和低频噪声幅值；
基于所述反向击穿电压和低频噪声幅值，利用所述回归预测方程，得到此肖特基二极管的反向漏电流退化量预测值；
将所述反向漏电流退化量预测值和此批肖特基二极管的反向漏电流漂移容限进行比较，如果此预测值在此类肖特基二极管的反向漏电流漂移容限之内，则认为此肖特基二极管为合格产品；反之，如果得到的预测值落在此类肖特基二极管的反向漏电流漂移容限之外，则认为此肖特基二极管为不合格产品；
其中，肖特基二极管抗辐照能力无损筛选装置，包括：
第一获取单元，用于获取辐照前作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流、反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值；
第二获取单元，用于获取经过辐照后的所述作为随机子样的肖特基二极管的反向漏电流经过辐照后的；
计算单元，用于基于辐照前的肖特基二极管的反向漏电流和经过辐照后的肖特基二极管的反向漏电流，计算辐前照后的反向漏电流退化量；
线性回归方程建立单元，用于对数据进行预处理，以所述反向击穿电压和噪声电压功率谱幅值作为信息参数，以所述反向漏电流退化量作为辐照性能参数，建立多元线性回归方程，并估计线性回归方程中的系数向量；
无损筛选回归预测方程建立单元，用于基于所述系数向量，建立所述信息参数、噪声电压功率谱幅值和辐照性能参数之间的无损筛选回归预测方程；
测试单元，用于利用所述无损筛选回归预测方程，预测单个器件的抗辐照性能，对同批其他肖特基二极管器件进行筛选肖特基二极管。
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