CN109492253A - 半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法及装置 - Google Patents

半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法及装置，所述方法包括：获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法及装置，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。

Description

半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及半导体器件试验技术领域，尤其涉及一种半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法及装置。
背景技术
处在空间辐射环境下的人造卫星、飞船、空间站等航天设备，以及处在核辐射环境下的特殊设备，这些设备的半导体器件遭受高能粒子的辐射，或者是核辐射，会产生电离辐射总剂量效应(简称TID)和位移损伤效应(简称DD)，这两种效应都是累积效应，电离辐射总剂量效应的损伤程度用电离辐射总剂量来描述，单位是拉德，位移损伤效应的损伤程度用等效质子注量来描述，累积辐射剂量达到一定阈值之后，将导致半导体器件失效，因此，选择可靠的，能够抵抗一定TID和DD损伤的半导体器件非常重要。
现有技术中，研究结果表明，半导体器件的TID和DD失效剂量分布服从对数正态分布。基于这一结论，通过完全试验数据，获取失效剂量分布函数的参数μ和σ，即，通过对样品逐一进行试验，获取每一试验样品具体的失效剂量，然后，利用试验结果数据，通过相关公式计算出参数μ和σ的值，最后，根据相关的计算公式，计算出在设备执行任务末期，半导体器件的累计辐射剂量达到预设估计值时，该半导体器件的生存概率，以生存概率评估该半导体器件的可靠性。
但是，现有技术中的方法，需要利用完全试验数据，需要逐一获取每一试验样品具体的失效剂量，由于TID和DD都为累积效应，试验结束后，样品将完全无法再利用，造成资源的浪费，并且试验周期长，人力资源投入很大，评估效率低。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法及装置。
为了解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法，包括：
获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；
将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；
根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。
另一方面，本发明实施例提供一种半导体器件的辐射损伤可靠性评估装置，包括：
获取模块，用于获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；
计算模块，用于将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；
评估模块，用于根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。
再一方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述的方法。
又一方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的方法。
本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法及装置，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法示意图；
图2为本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估装置示意图；
图3为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
图1为本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法，该方法包括：
步骤S101、获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；
步骤S102、将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；
步骤S103、根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。
具体来说，首先，需要预先设定一个辐射剂量，作为预设试验应力水平值，在该预设试验应力水平值条件对试验样品进行试验，即，用预先设定的辐射剂量对试验样品进行辐射试验，该辐射试验可以是高能粒子辐射试验，也可以是核辐射试验。然后，根据试验结果获取样品生存概率值，样品生存概率值表示在预设试验应力水平值条件下进行试验，样品没有失效的概率。
然后，将预设试验应力水平值，样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出该半导体器件的生存概率值。半导体器件的累计辐射剂量的预估值是指，在设备执行任务的整个周期中，该半导体器件累计受到的辐射剂量的最大值的估计值。半导体器件的生存概率值是指，在设备执行任务的整个周期的末期，该半导体器件还没有失效的概率值。若考虑电离辐射总剂量效应时，半导体器件的累计辐射剂量用电离辐射总剂量来表示；若考虑位移损伤效应时，半导体器件的累计辐射剂量用等效质子注量来表示。
最后，根据半导体器件的生存概率值，评估该半导体器件的可靠性。在一定条件下，半导体器件的生存概率值越大，该半导体器件越可靠，相反，半导体器件的生存概率值越小，该半导体器件的可靠性越差。
本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述获取预设试验应力水平值下的样品生存概率值，具体包括：
若在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数等于0，则获取所述样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝exp[ln(1-c)/n]
若在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数大于0，则获取所述样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝1-k/n
其中，PT为样品生存概率值，c为预设置信水平，n为试验样品总数，k为在预设试验应力水平值条件下的失效样品数。
具体来说，在预设试验应力水平值条件对试验样品进行试验后，不同的试验结果，计算样品生存概率值的方式也不相同，具体如下：
当在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数等于0时，计算样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝exp[ln(1-c)/n]
其中，PT为样品生存概率值，c为预设置信水平，n为试验样品总数。
当在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数大于0时，计算样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝1-k/n
其中，PT为样品生存概率值，n为试验样品总数，k为在预设试验应力水平值条件下的失效样品数。
本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。
在以上各实施例的基础上，进一步地，所述预设计算模型如下：
其中，Ps为半导体器件的生存概率值，Φ(·)为标准正态分布函数，为标准正态分布函数的反函数，PT为样品生存概率值，RT为预设试验应力水平值，RSPEC为半导体器件的累计辐射剂量的预估值，σmax为预设常数。
具体来说，计算半导体器件的生存概率值的预设计算模型如下：
其中，Ps为半导体器件的生存概率值，Φ(·)为标准正态分布函数，为标准正态分布函数的反函数，PT为样品生存概率值，RT为预设试验应力水平值，RSPEC为半导体器件的累计辐射剂量的预估值，σmax为预设常数。
σmax为预设常数，在有可应用的数据对该该常数的值进行评估时，可通过评估获取。在没有可应用的数据对该值进行评估时，可取默认的保守估计值，例如设置为0.5。
本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。
在以上各实施例的基础上，进一步地，所述根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性，具体包括：
若判断获知所述半导体器件的生存概率值大于等于期望值，则确定所述半导体器件可靠；
若判断获知所述半导体器件的生存概率值小于所述期望值，则确定所述半导体器件不可靠。
具体来说，根据半导体器件的生存概率值，评估该半导体器件的可靠性。在一定条件下，半导体器件的生存概率值越大，该半导体器件越可靠，相反，半导体器件的生存概率值越小，该半导体器件的可靠性越差。
若判断获知半导体器件的生存概率值大于等于期望值，则确定该半导体器件可靠；若判断获知该半导体器件的生存概率值小于该期望值，则确定该半导体器件不可靠。半导体器件的生存概率的期望值可根据实际需要进行设置，例如，设置为0.95。
本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。
图2为本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估装置示意图，如图2所示，本发明实施例提供一种半导体器件的辐射损伤可靠性评估装置，用于执行上述任一实施例中所述的方法，具体包括获取模块201，计算模块202和评估模块203，其中：
获取模块201用于获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；计算模块202用于将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；评估模块203用于根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。
具体来说，首先，需要预先设定一个辐射剂量，作为预设试验应力水平值，在该预设试验应力水平值条件对试验样品进行试验，即，用预先设定的辐射剂量对试验样品进行辐射试验，该辐射试验可以是高能粒子辐射试验，也可以是核辐射试验。然后，通过获取模块201根据试验结果获取样品生存概率值，样品生存概率值表示在预设试验应力水平值条件下进行试验，样品没有失效的概率。
然后，通过计算模块202将预设试验应力水平值，样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出该半导体器件的生存概率值。半导体器件的累计辐射剂量的预估值是指，在设备执行任务的整个周期中，该半导体器件累计受到的辐射剂量的最大值的估计值。半导体器件的生存概率值是指，在设备执行任务的整个周期的末期，该半导体器件还没有失效的概率值。若考虑电离辐射总剂量效应时，半导体器件的累计辐射剂量用电离辐射总剂量来表示；若考虑位移损伤效应时，半导体器件的累计辐射剂量用等效质子注量来表示。
最后，通过评估模块203根据半导体器件的生存概率值，评估该半导体器件的可靠性。在一定条件下，半导体器件的生存概率值越大，该半导体器件越可靠，相反，半导体器件的生存概率值越小，该半导体器件的可靠性越差。
本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估装置，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述获取预设试验应力水平值下的样品生存概率值，具体包括：
若在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数等于0，则获取所述样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝exp[ln(1-c)/n]
若在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数大于0，则获取所述样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝1-k/n
其中，PT为样品生存概率值，c为预设置信水平，n为试验样品总数，k为在预设试验应力水平值条件下的失效样品数。
具体来说，在预设试验应力水平值条件对试验样品进行试验后，不同的试验结果，计算样品生存概率值的方式也不相同，具体如下：
当在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数等于0时，计算样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝exp[ln(1-c)/n]
其中，PT为样品生存概率值，c为预设置信水平，n为试验样品总数。
当在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数大于0时，计算样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝1-k/n
其中，PT为样品生存概率值，n为试验样品总数，k为在预设试验应力水平值条件下的失效样品数。
本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估装置，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。
在以上各实施例的基础上，进一步地，所述预设计算模型如下：
其中，Ps为半导体器件的生存概率值，Φ(·)为标准正态分布函数，为标准正态分布函数的反函数，PT为样品生存概率值，RT为预设试验应力水平值，RSPEC为半导体器件的累计辐射剂量的预估值，σmax为预设常数。
具体来说，计算半导体器件的生存概率值的预设计算模型如下：
其中，Ps为半导体器件的生存概率值，Φ(·)为标准正态分布函数，为标准正态分布函数的反函数，PT为样品生存概率值，RT为预设试验应力水平值，RSPEC为半导体器件的累计辐射剂量的预估值，σmax为预设常数。
σmax为预设常数，在有可应用的数据对该该常数的值进行评估时，可通过评估获取。在没有可应用的数据对该值进行评估时，可取默认的保守估计值，例如设置为0.5。
本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估装置，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。
在以上各实施例的基础上，进一步地，所述根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性，具体包括：
若判断获知所述半导体器件的生存概率值大于等于期望值，则确定所述半导体器件可靠；
若判断获知所述半导体器件的生存概率值小于所述期望值，则确定所述半导体器件不可靠。
具体来说，根据半导体器件的生存概率值，评估该半导体器件的可靠性。在一定条件下，半导体器件的生存概率值越大，该半导体器件越可靠，相反，半导体器件的生存概率值越小，该半导体器件的可靠性越差。
若判断获知半导体器件的生存概率值大于等于期望值，则确定该半导体器件可靠；若判断获知该半导体器件的生存概率值小于该期望值，则确定该半导体器件不可靠。半导体器件的生存概率的期望值可根据实际需要进行设置，例如，设置为0.95。
本发明实施例提供的半导体器件的辐射损伤可靠性评估装置，利用预设试验应力水平值条件下的非完全试验数据，获取半导体器件的生存概率值，并根据生存概率值评估半导体器件的可靠性，减少了资源浪费，提高了评估效率。
图3为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图3所示，所述设备包括：处理器301、存储器302和总线303；
其中，处理器301和存储器302通过所述总线303完成相互间的通信；
处理器301用于调用存储器302中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：
获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；
将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；
根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。
本发明实施例提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：
获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；
将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；
根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：
获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；
将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；
根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置及设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种半导体器件的辐射损伤可靠性评估方法，其特征在于，包括：
获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；
将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；
根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取预设试验应力水平值下的样品生存概率值，具体包括：
若在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数等于0，则获取所述样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝exp[ln(1-c)/n]
若在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数大于0，则获取所述样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝1-k/n
其中，PT为样品生存概率值，c为预设置信水平，n为试验样品总数，k为在预设试验应力水平值条件下的失效样品数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设计算模型如下：
其中，Ps为半导体器件的生存概率值，Φ(·)为标准正态分布函数，为标准正态分布函数的反函数，PT为样品生存概率值，RT为预设试验应力水平值，RSPEC为半导体器件的累计辐射剂量的预估值，σmax为预设常数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性，具体包括：
若判断获知所述半导体器件的生存概率值大于等于期望值，则确定所述半导体器件可靠；
若判断获知所述半导体器件的生存概率值小于所述期望值，则确定所述半导体器件不可靠。
5.一种半导体器件的辐射损伤可靠性评估装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取在预设试验应力水平值条件下进行试验得到的样品生存概率值；
计算模块，用于将所述预设试验应力水平值，所述样品生存概率值，以及半导体器件的累计辐射剂量的预估值，输入至预设计算模型，输出所述半导体器件的生存概率值；
评估模块，用于根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取预设试验应力水平值下的样品生存概率值，具体包括：
若在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数等于0，则获取所述样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝exp[ln(1-c)/n]
若在所述预设试验应力水平值条件下，失效样品数大于0，则获取所述样品生存概率值的计算公式如下：
PT＝1-k/n
其中，PT为样品生存概率值，c为预设置信水平，n为试验样品总数，k为在预设试验应力水平值条件下的失效样品数。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设计算模型如下：
其中，Ps为半导体器件的生存概率值，Φ(·)为标准正态分布函数，为标准正态分布函数的反函数，PT为样品生存概率值，RT为预设试验应力水平值，RSPEC为半导体器件的累计辐射剂量的预估值，σmax为预设常数。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述根据所述半导体器件的生存概率值，评估所述半导体器件的可靠性，具体包括：
若判断获知所述半导体器件的生存概率值大于等于期望值，则确定所述半导体器件可靠；
若判断获知所述半导体器件的生存概率值小于所述期望值，则确定所述半导体器件不可靠。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至4任一所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至4任一所述的方法。
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