CN110927553A - 锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法。包括：对多个待测晶体管进行初始电学特性测试；多个待测晶体管组成多个待测晶体管组；每个待测晶体管组包括第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组；对多个待测晶体管组分别设定不同的偏置电压；选择第一和第二剂量率分别对设定于不同偏置电压的第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；每次⁶⁰Co伽马射线辐照后分别对第一子待测晶体管组中的待测晶体管和第二子待测晶体管组中的待测晶体管进行辐照电学特性测试；根据每个待测晶体管的初始电学特性测试以及辐照电学特性测试获得每个待测晶体管的缺陷分布。以达到准确分析其总剂量效应的损伤机理的效果。

Description

锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法

技术领域

本发明实施例涉及微电子技术领域，尤其涉及锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法。

背景技术

双极晶体管作为一种重要的分立半导体器件，是双极型数字和模拟集成电路的核心器件，广泛应用与航天器的电子系统中。然而，工作于太空环境的微电子器件与电路将不可避免的遭受各种宇宙射线和高能粒子的电离辐射影响，引起性能退化而给航天器电子系统的可靠性带来重大隐患。尤其当其应用于卫星壳体外部时，短时间内遭受的粒子辐射急剧增加，电离辐射总剂量效应成为不可忽视的损伤因素。而双极晶体管中的隔离氧化层结构形成的硅/二氧化硅界面使其易受到总剂量效应的影响，分析总剂量效应损伤机制对晶体管的空间可靠应用意义重大。

现有技术中，对辐射后器件损伤的分析是采用传统双极晶体管正向电学特性的方法。针对电离辐射总剂量效应的研究，主要体现在辐射损伤对器件电学特性退化的宏观影响上，实验手段以研究电学参数退化的测试技术为主。

然而，现有的辐射效应宏观电学参数退化分析，不可以全面的表征器件总剂量效应退化规律。

发明内容

本发明提供锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法，以获得总剂量效应在器件内诱发缺陷的分布规律，准确分析其总剂量效应的损伤机理的效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法，该锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法，包括：

对多个待测晶体管进行初始电学特性测试；所述多个待测晶体管组成多个待测晶体管组；每个所述待测晶体管组包括第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组；

对多个所述待测晶体管组分别设定不同的偏置电压；

选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的所述第一子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的所述第一子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到预设剂量点Q_i；

选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到所述预设剂量点Q_i；

每次⁶⁰Co伽马射线辐照后分别对所述第一子待测晶体管组中的待测晶体管和所述第二子待测晶体管组中的待测晶体管进行辐照电学特性测试；

根据每个所述待测晶体管的所述初始电学特性测试以及所述辐照电学特性测试获得每个所述待测晶体管的缺陷分布；

其中，1≤i≤n；n≥2；

所述第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s；

所述第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s。

进一步地，对多个所述待测晶体管进行初始电学特性测试之前，还包括：

制作辐照电路板；

制作辐照电路板包括：

将每个所述待测晶体管焊接于第一印刷电路板上；

将焊有所述第一印刷电路的所述待测晶体管组成的不同所述待测晶体管组分别置于不同的双列直插老化座上，以使每个所述待测晶体管组外加相同的偏置电压；

将不同的所述双列直插老化座焊接于第二电路板上；

通过所述第二电路板为每个所述待测晶体管组外加相同的所述偏置电压。

进一步地，所述第二电路板设置有多个第一电阻、多个第二电阻和多个第三电阻；所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻和所述待测晶体管的数量相同；

连接有所述待测晶体管基极的所述的双列直插老化座的管脚与所述第一电阻的第一端连接，连接有所述待测晶体管发射极的所述双列直插老化座的管脚与所述第二电阻的第一端连接，连接有所述待测晶体管集电极的所述双列直插老化座的管脚与所述第三电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端以及所述第三电阻的第二端用于加入所述偏置电压。

进一步地，所述第一电阻R1，100Ω≤R1≤150Ω；

所述第二电阻R2，360Ω≤R2≤400Ω；

所述第三电阻R3，360Ω≤R3≤400Ω。

进一步地，所述不同的偏置电压包括：第一基极-发射极电压V1_BE＝0.7V，第一基极-集电极电压V1_BC＝-2V；

第二基极-发射极电压V2_BE＝0.7V，第二基极-集电极电压V2_BC＝0.5V；

第三基极-发射极电压V3_BE＝0V，第三基极-集电极电压V3_BC＝-2V；

第四基极-发射极电压V4_BE＝0V，第四基极-集电极电压V4_BC＝0.5V；

第五基极-发射极电压V5_BE＝0V，第五基极-集电极电压V5_BC＝0V；

第六基极-发射极电压V6_BE＝-0.3V，第六基极-集电极电压V6_BC＝0.5V；

第七基极-发射极电压V7_BE＝-0.3V，第七基极-集电极电压V7_BC＝-2V。

进一步地，预设剂量点Q分别包括：30krad(Si)、100krad(Si)、300krad(Si)、500krad(Si)、1Mrad(Si)。

进一步地，对多个所述待测晶体管进行初始电学特性测试，包括：

对每个所述待测晶体管进行正向Gummel特性与反向Gummel特性的测试。

进一步地，对每个所述待测晶体管进行正向Gummel特性与反向Gummel特性的测试，包括：

正向Gummel特性测试包括：使所述待测晶体管的发射极接0V电压，所述待测晶体管的基极与所述待测晶体管的集电极接0V-1.5V的扫描电压，扫描步长为1mV，其中所述待测晶体管的基极接的电压为主扫描电压，所述待测晶体管的集电极接的电压为跟随扫描电压；

反向Gummel特性测试包括：使所述待测晶体管的集电极接0V电压，所述待测晶体管的基极与所述待测晶体管的发射极接0V-1.5V的扫描电压，扫描步长为1mV，其中所述待测晶体管的基极接的电压为主扫描电压，所述待测晶体管的发射极接的电压为跟随扫描电压。

进一步地，每次⁶⁰Co伽马射线辐照后分别对所述第一子待测晶体管组中的待测晶体管和所述第二子待测晶体管组中的待测晶体管进行辐照电学特性测试，包括：

对辐照后每个所述待测晶体管进行正向Gummel特性的测试得到正向Gummel数据与反向Gummel特性的测试得到反向Gummel数据；

根据每个所述待测晶体管的所述初始电学特性测试以及所述辐照电学特性测试获得多个所述待测晶体管的缺陷分布，包括：

根据每个所述待测晶体管在不同剂量点下的所述正向Gummel数据求正向归一化过剩基极电流；

根据每个所述待测晶体管在不同剂量点下的所述反向Gummel数据求反向归一化过剩基极电流。

第二方面，本发明实施例还提供了一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析装置，该装置，包括：

初始电学特性测试模块，用于对多个待测晶体管进行初始电学特性测试；所述多个待测晶体管组成多个待测晶体管组；每个所述待测晶体管组包括第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组；

偏置电压设定模块，用于对多个所述待测晶体管组分别设定不同的偏置电压；

第一⁶⁰Co伽马射线辐照模块，用于选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的所述第一子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，当选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的所述第一子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到预设剂量点Q_i；

第二⁶⁰Co伽马射线辐照模块，用于选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，当选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到所述预设剂量点Q_i；

辐照电学特性测试模块，用于每次⁶⁰Co伽马射线辐照后分别对所述第一子待测晶体管组和所述第二子待测晶体管组进行辐照电学特性测试；

缺陷分布获得模块，用于根据每个所述待测晶体管的所述初始电学特性测试以及所述辐照电学特性测试获得多个所述待测晶体管的缺陷分布；

其中，1≤i≤n；n≥2；

所述第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s；

所述第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s。

本发明通过采用在辐照过程中将待测晶体管置于不同外加偏置电压的实验方法，可直接获得待测晶体管直流电学特性的辐射响应变化，从而直接分析缺陷分布规律，相比于目前采用栅控双极工艺分析总剂量效应诱发缺陷的实验方法，无需针对待测晶体管再次实施栅控工艺的流片，降低了测试成本。进一步地，由于采用对比高剂量率、低剂量率辐照损伤的方法，可通过低剂量率伽马射线辐照数据直接获得界面陷阱电荷的分布规律，再通过高剂量率伽马射线辐照数据区分氧化物陷阱电荷与界面陷阱电荷的差异，准确反映了待测晶体管总剂量效应的损伤机制。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种待测晶体管在高剂量率伽马射线辐照后测试获得的正向Gummel特性归一化过剩基极电流变化图；

图3是本发明实施例提供的一种待测晶体管在高剂量率伽马射线辐照后测试获得的反向Gummel特性归一化过剩基极电流变化图；

图4是本发明实施例提供的一种待测晶体管在低剂量率伽马射线辐照后测试获得的正向Gummel特性归一化过剩基极电流变化图；

图5是本发明实施例提供的一种待测晶体管在低剂量率伽马射线辐照后测试获得的反向Gummel特性归一化过剩基极电流变化图；

图6是本发明实施例提供的一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在半导体技术不断发展的同时，随着空间技术的发展，空间辐射环境与电子信息技术的关系更加密切。航天级电子设备向着新材料、新结构、新工艺的方向迅速发展，这些新型电子器件的空间应用，带来了辐射损伤机理与抗辐射加固方法的新挑战。

然而，工作于太空环境的微电子器件与电路将不可避免的遭受各种宇宙射线和高能粒子的电离辐射影响，引起性能退化而给航天器电子系统的可靠性带来重大隐患。尤其当其应用于卫星壳体外部时，短时间内遭受的粒子辐射急剧增加，电离辐射总剂量效应成为不可忽视的损伤因素。

高能粒子或光子入射半导体或绝缘体材料后，由电离辐射产生大量的电子-空穴对，这些高密度的过剩电子-空穴对会在初始复合作用下迅速减少，但有部分电子-空穴对会逃脱初始复合，在电场作用下具有高迁移率的电子很快漂移离开材料，剩余空穴在电场作用下向Si/SiO₂界面输运，于界面附近被捕获形成氧化物陷阱电荷，同时有可能释放氢离子(质子)，这些H+和其余空穴漂移至Si/SiO₂界面处形成界面陷阱电荷。这些辐射感生缺陷随着电离总剂量的累积而增加，引起器件电学性能的恶化。这种辐射损伤称为总剂量效应。

在SiGe HBT实现商业量产之后，针对其总剂量效应的研究工作也随之展开。但早期研究的实验环节设计较为简单，对环境变量考虑较少，一般采用管脚全部接地或浮空的方式进行实验，其对辐照后的器件损伤仍采用传统双极晶体管正向电学特性的方法进行分析。针对电离辐射总剂量效应的研究，主要体现在辐射损伤对器件电学特性退化的宏观影响上，实验手段以研究电学参数退化的测试技术为主。然而，现有的辐射效应宏观电学参数退化分析，不可以全面的表征器件总剂量效应退化规律。

基于此，本发明实施例提供了一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法，图1是本发明实施例提供的一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法的流程图，如图1所示，该锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法包括：

S110、对多个待测晶体管进行初始电学特性测试；多个待测晶体管组成多个待测晶体管组；每个待测晶体管组包括第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组。

其中，待测晶体管例如可以包括锗硅异质结双极晶体管等。示例性的，本实施例选取42个待测锗硅异质结双极晶体管，将42个待测锗硅异质结双极晶体管共分为7组，每一组包括6个待测锗硅异质结双极晶体管。将每一组待测锗硅异质结双极晶体管组分为两个子待测晶体管组，分别包括第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组，其中，第一子待测晶体管组包括3个待测锗硅异质结双极晶体管和第二子待测晶体管组也包括3个待测锗硅异质结双极晶体管，即为了排除偶然性因素造成的测试误差，确保测试结构的准确性，每个第一子待测晶体管组和每个第二子待测晶体管组至少包括3个待测锗硅异质结双极晶体管，对其进行测试。需要说明的是，本实施例以42个待测晶体管分为7组，且待测晶体管为锗硅异质结双极晶体管进行示例性说明，但是本实施例不限于此，可以根据实际情况进行调整。下述示例同样以42个待测晶体管分为7组，且待测晶体管为锗硅异质结双极晶体管进行示例性说明，下述实施例不在赘述。

示例性的，为每一个待测晶体管进行编号。例如可以利用半导体参数测试仪对每一个待测晶体管进行正向Gummel特性的测试与反向Gummel特性的测试。其中，正向Gummel特性的测试中，发射极例如可以接0V电压，基极与集电极例如可以接0V-1.5V的扫描电压，扫描步长例如可以为1mV，基极为主扫描电压，集电极为跟随扫描电压；反向Gummel特性的测试中，集电极接例如可以接0V电压，基极与发射极例如可以接0V-1.5V的扫描电压，扫描步长例如可以为1mV，基极为主扫描电压，发射极为跟随扫描电压，得到每一个待测晶体管的初始电学特性测试，即本实施例中的正向Gummel初始数据与反向Gummel初始数据，根据编号，对每一个待测晶体管的初始数据进行记录和保存。可选的，在对多个待测晶体管进行初始电学特性测试之前，可以多选择一些待测晶体管(大于42个)，对这些待测晶体管进行正向Gummel特性的测试与反向Gummel特性的测试，可以根据正向Gummel初始数据与反向Gummel初始数据的筛选出电学特性同一性较好的42个待测晶体管作为辐照样品，提高了测试的准确性。

需要说明的是，本实施例仅以对每一个待测晶体管进行正向Gummel特性的测试与反向Gummel特性的测试为例进行示例性说明，在其他实施例中，还可以通过其他方式对待测晶体管进行电学性能测试，只要可以根据电学性能测试获得每个待测晶体管的缺陷分布即可。

还需要说明的是，本实施不对待测晶体管正向Gummel特性的测试与反向Gummel特性的测试中发射极所接电压值，基极与集电极所接的扫描电压值，以及扫描步长，进行具体限定。

S120、对多个待测晶体管组分别设定不同的偏置电压。

其中，为准备接受辐照的待测晶体管组接入不同的外加偏置电压。偏置电压按照发射结(B/E结)正偏、零偏、反偏与集电结(B/C结)正偏、零偏、反偏进行组合搭配，将每个待测晶体管组接入相同的外加偏置。

示例性的，例如可以使用两台直流稳压电源，每一台可以输出两路直流电压，因此，分别输出0.7V、-2V、0.5V与-0.3V三种直流电压。将每个待测晶体管组施加相同的外加偏置电压。可选的，7组待测晶体管组例如可以分别置于以下七种偏置条件：第一组：第一基极-发射极电压V1_BE＝0.7V，第一基极-集电极电压V1_BC＝-2V；第二组：第二基极-发射极电压V2_BE＝0.7V，第二基极-集电极电压V2_BC＝0.5V；第三组：第三基极-发射极电压V3_BE＝0V，第三基极-集电极电压V3_BC＝-2V；第四组：第四基极-发射极电压V4_BE＝0V，第四基极-集电极电压V4_BC＝0.5V；第五组：第五基极-发射极电压V5_BE＝0V，第五基极-集电极电压V5_BC＝0V；第六组：第六基极-发射极电压V6_BE＝-0.3V，第六基极-集电极电压V6_BC＝0.5V；第七组：第七基极-发射极电压V7_BE＝-0.3V，第七基极-集电极电压V7_BC＝-2V。接入外加偏置电压后，使用万用表测试待测晶体管有无泄漏电流，确保待测晶体管处于正常工作状态，进一步确保了实验的准确性。

需要说明的是，偏置电压的数据可以根据实际情况进行调整，并不限于上述示例。

S130、选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的第一子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的所述第一子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到预设剂量点Q_i；第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s。

其中，接入不同偏置电压后，由于每一组待测晶体管分别包括第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组，第一子待测晶体管组包括3个待测晶体管和第二子待测晶体管组也包括3个待测晶体管。对每一组待测晶体管中的第一子待测晶体管组中的3个待测晶体管进行高剂量率(第一剂量率，且第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s)辐照实验。

示例性的，使用热释光剂量率片标定⁶⁰Co伽马射线辐照室内的剂量率位置，选择剂量率为100rad(Si)/s的位置放置高剂量率辐照实验的7个待测晶体管组中的第一子待测晶体管组，关闭辐照室舱门，开始⁶⁰Co伽马射线辐照实验。根据剂量率为100rad(Si)/s，计算辐照时间，当辐射总剂量累积至30krad(Si)时，降下⁶⁰Co辐射源，打开辐照室舱门，取出各待测晶体管。可选的，例如可以同样利用半导体参数测试仪测试各待测晶体管正向Gummel特性与反向Gummel特性，得到每个待测晶体管的正向Gummel数据与反向Gummel数据。判断待测晶体管有无出现大泄露电流的失效情况，若有失效，则该待测晶体管组停止辐照，若无失效，则放回⁶⁰Co伽马射线辐照平台的原位置继续进行相同条件下的辐照，在辐射总剂量例如分别累积至100krad(Si)、300krad(Si)、500krad(Si)、1Mrad(Si)时，重复前述电学参数测试。记录每个第一子待测晶体管组中每一个待测晶体管每一次测试的正向Gummel数据与反向Gummel数据。

需要说明的是，总剂量可以根据实际情况进行调整，并不限于上述示例。

S140、选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到所述预设剂量点Q_i；第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s。

其中，接入不同偏置电压后，对每一组待测晶体管中的第二子待测晶体管组中的3个待测晶体管进行低剂量率(第二剂量率，且第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s)辐照实验。

示例性的，使用热释光剂量率片标定⁶⁰Co伽马射线辐照室内的剂量率位置，选择剂量率为0.1rad(Si)/s的位置放置低剂量率辐照实验的7个待测晶体管组中的第二子待测晶体管组，关闭辐照室舱门，开始⁶⁰Co伽马射线辐照实验。根据剂量率为0.1rad(Si)/s，计算辐照时间，当辐射总剂量累积至30krad(Si)时，降下⁶⁰Co辐射源，打开辐照室舱门，取出各待测晶体管。可选的，例如可以同样利用半导体参数测试仪测试各待测晶体管正向Gummel特性与反向Gummel特性，得到每个待测晶体管的正向Gummel数据与反向Gummel数据。判断待测晶体管有无出现大泄露电流的失效情况，若有失效，则该待测晶体管组停止辐照，若无失效，则放回⁶⁰Co伽马射线辐照平台的原位置继续进行相同条件下的辐照，在辐射总剂量例如分别累积至100krad(Si)、300krad(Si)、500krad(Si)、1Mrad(Si)时，重复前述电学参数测试。记录每个第二子待测晶体管组中的每一个待测晶体管每一次测试的正向Gummel数据与反向Gummel数据。

需要说明的是，总剂量可以根据实际情况进行调整，并不限于上述示例。

S150、每次⁶⁰Co伽马射线辐照后分别对第一子待测晶体管组中的待测晶体管和第二子待测晶体管组中的待测晶体管进行辐照电学特性测试。

S160、根据每个待测晶体管的初始电学特性测试以及辐照电学特性测试获得每个待测晶体管的缺陷分布，其中，1≤i≤n；n≥2。

其中，将不同累积剂量下的正向Gummel数据与反向Gummel数据求归一化过剩基极电流。可选的，归一化过剩基极电流在正向Gummel数据中取基极-发射极电压V_BE＝0.65V时的基极电流，在反向Gummel数据中取基极-集电极电压V_BC＝0.45V时的基极电流。用辐照后的基极电流减去辐照前的基极电流(即根据步骤S130得到的每个待测晶体管测试的正向Gummel初始数据与反向Gummel初始数据，得到的基极电流)，再除以辐照前的基极电流，求得归一化过剩基极电流。然后，分析不同辐照偏置条件下正向Gummel数据与反向Gummel数据的归一化过剩基极电流的变化规律，获得待测晶体管总剂量效应感生氧化物陷阱电荷与界面陷阱电荷的分布情况。

具体的，高剂量率伽马射线辐照后，正向Gummel数据所获得的归一化过剩基极电流体现了氧化物陷阱电荷在发射区/基区处隔离氧化层(EB Spacer隔离层)中的分布，反向Gummel数据所获得的归一化过剩基极电流体现了氧化物陷阱电荷在集电区/基区处隔离氧化层(LOCOS隔离层)中的分布。不同外加偏置电压下归一化过剩基极电流的差异体现了氧化隔离层中氧化物陷阱电荷数量的差异。例如，图2是本发明实施例提供的一种待测晶体管在高剂量率伽马射线辐照后测试获得的正向Gummel特性归一化过剩基极电流变化图。如图2所示的正向Gummel特性归一化过剩基极电流变化，高剂量率辐照后，偏置条件为S120中的第三组：第三基极-发射极电压V3_BE＝0V，第三基极-集电极电压V3_BC＝-2V与第五组：第五基极-发射极电压V5_BE＝0V，第五基极-集电极电压V5_BC＝0V的待测晶体管正向归一化过剩基极电流增加量，大于偏置条件为步骤S120中第一组：第一基极-发射极电压V1_BE＝0.7V，第一基极-集电极电压V1_BC＝-2V与第二组：第二基极-发射极电压V2_BE＝0.7V，第二基极-集电极电压V2_BC＝0.5V的待测晶体管增加量，说明E/B结正偏的实验条件下，总剂量效应在EBSpacer隔离层中诱发的氧化物陷阱电荷分布在远离E/B结的位置。图3是本发明实施例提供的一种待测晶体管在高剂量率伽马射线辐照后测试获得的反向Gummel特性归一化过剩基极电流变化图，如图3所示的反向Gummel特性归一化过剩基极电流，高剂量率辐照后，偏置条件为S120中的第二组：第二基极-发射极电压V2_BE＝0.7V，第二基极-集电极电压V2_BC＝0.5V与第五组：第五基极-发射极电压V5_BE＝0V，第五基极-集电极电压V5_BC＝0V的待测晶体管反向归一化过剩基极电流增加量，大于偏置条件为S120中第一组：第一基极-发射极电压V1_BE＝0.7V，第一基极-集电极电压V1_BC＝-2V与第三组：第三基极-发射极电压V3_BE＝0V，第三基极-集电极电压V3_BC＝-2V的待测晶体管增加量，说明B/C结反偏的实验条件下，总剂量效应在LOCOS隔离层中诱发的氧化物陷阱电荷分布在远离B/C结的位置。

进一步地，相同V_BE下正向Gummel归一化过剩基极电流的差异，体现了不同V_BC在LOCOS隔离层中引入界面陷阱电荷的差异，相同V_BC下反向Gummel归一化过剩基极电流的差异，体现了不同V_BE在EB Spacer隔离层中引入界面陷阱电荷的差异。例如，如图2所示的正向Gummel特性归一化过剩基极电流变化，高剂量率辐照后，偏置条件为步骤S120中的第三组：第三基极-发射极电压V3_BE＝0V，第三基极-集电极电压V3_BC＝-2V的待测晶体管正向归一化过剩基极电流增加量大于第五组：第五基极-发射极电压V5_BE＝0V，第五基极-集电极电压V5_BC＝0V的待测晶体管增加量，说明B/C结反偏辐照在LOCOS隔离与基区的Si/SiO2界面处诱发了较多界面陷阱电荷，增加了基区复合电流。如图3所示的反向Gummel特性归一化过剩基极电流变化，高剂量率辐照后，偏置条件为步骤S120中的第一组：第一基极-发射极电压V1_BE＝0.7V，第一基极-集电极电压V1_BC＝-2V的待测晶体管反向归一化过剩基极电流增加量大于第三组：第三基极-发射极电压V3_BE＝0V，第三基极-集电极电压V3_BC＝-2V的待测晶体管增加量，说明E/B结正偏辐照在EB Spacer隔离与基区的Si/SiO2界面处诱发了较多界面陷阱电荷，增加了基区复合电流。

进一步地，低剂量率辐照后归一化过剩基极电流体现了不同偏置辐照诱发的界面陷阱电荷在氧化隔离层中分布的差异。例如，图4是本发明实施例提供的一种待测晶体管在低剂量率伽马射线辐照后测试获得的正向Gummel特性归一化过剩基极电流变化图，图5是本发明实施例提供的一种待测晶体管在低剂量率伽马射线辐照后测试获得的反向Gummel特性归一化过剩基极电流变化图。如图4与图5所示的正向Gummel特性与反向Gummel特性归一化过剩基极电流变化都表现为：偏置条件为步骤S120中的第五组：第五基极-发射极电压V5_BE＝0V，第五基极-集电极电压V5_BC＝0V的待测晶体管归一化过剩基极电流增加最多，第一组：第一基极-发射极电压V1_BE＝0.7V，第一基极-集电极电压V1_BC＝-2V的待测晶体管增加量次之，第三组：第三基极-发射极电压V3_BE＝0V，第三基极-集电极电压V3_BC＝-2V的待测晶体管增加量最少。正向Gummel特性与反向Gummel特性的归一化过剩基极电流变化规律相同，说明不接外加电压的情况下辐照在E/B结与B/C结的Si/SiO2界面处诱发的界面陷阱电荷最多；B/C结反偏不利于界面陷阱电荷在LOCOS隔离中形成。

在上述方案的基础上，可选的，对多个待测晶体管进行初始电学特性测试之前，还包括：

制作辐照电路板；制作辐照电路板包括：将每个待测晶体管焊接于第一印刷电路板上；将焊有第一印刷电路的待测晶体管组成的不同待测晶体管组分别置于不同的双列直插老化座上，以使每个待测晶体管组外加相同的偏置电压；将不同的双列直插老化座焊接于第二电路板上；通过第二电路板为每个待测晶体管组外加相同的偏置电压。

其中，本实例选用的锗硅异质结双极晶体管采用的是SOT343封装，因此选择匹配SOT343封装尺寸的专用第一印刷电路板，将待测晶体管焊接于其上。利用排针将焊有待测晶体管的第一印刷电路板固定于双列直插老化座上，每个双列直插老化座放置三个待测晶体管，即第一子待测晶体管组或第二子待测晶体管组，在实验中置于相同的外加电压偏置。根据⁶⁰Co伽马射线辐照实验平台的尺寸，选用例如尺寸为14cm×16cm的第二电路板，将双列直插老化座焊接于第二电路板上。将第二电路板上连接有待测晶体管基极的双列直插老化座的管脚，以及将第二电路板上连接有样品器件发射极与集电极的双列直插老化座的管脚焊接连出同轴电缆作为导线，用于在实验中加入偏置电压。本技术方案通过将每个待测晶体管焊接在第一印刷电路板，再将接收相同偏置电压的待测晶体管的第一印刷电路板固定于同一个双列直插老化座，通过一个双列直插老化座与第二电路板连接，对一个双列直插老化座接入一组偏置电压，不需要对每个待测晶体管加入偏置电压，节约了实验制成，提高了实验效率。

在上述方案的基础上，可选的，第二电路板设置有多个第一电阻、多个第二电阻和多个第三电阻；第一电阻、第二电阻和第三电阻和待测晶体管的数量相同；连接有待测晶体管基极的双列直插老化座的管脚与第一电阻的第一端连接，连接有待测晶体管发射极的双列直插老化座的管脚与第二电阻的第一端连接，连接有待测晶体管集电极的双列直插老化座的管脚与第三电阻的第一端连接，第一电阻的第二端、第二电阻的第二端以及第三电阻的第二端用于加入偏置电压。

其中，针对准备作为待测晶体管的锗硅异质结双极晶体管，测试其电流放大系数、开路反向电流与开路击穿电压，根据测试结果，选择第一电阻作为基极外接串联电阻，第一电阻例如可以为126Ω，选择第二的电阻作为发射极与集电极外接串联电阻，第二电阻例如可以为375Ω。

具体的，将第二电路板上连接有样品器件基极的双列直插老化座的管脚与第一电阻串联焊接，将第二电路板上连接有样品器件发射极与集电极的双列直插老化座的管脚分别与第二电阻和第三电阻串联焊接。在电阻的另一端焊接连出同轴电缆作为导线，用于在实验中加入偏置电压。如此，可以防止待测晶体管在加入偏置电压时存在被击穿的可能，进一步保护待测晶体管。

可选的，第一电阻R1，100Ω≤R1≤150Ω；第二电阻R2，360Ω≤R2≤400Ω；第三电阻R3，360Ω≤R3≤400Ω。

需要说明的是，上述示例仅示例性展示了第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值，本实施例对此不进行具体限定，只要所加的第一电阻、第二电阻和第三电阻可以保护待测晶体管不被击穿即可。

综上所述，本发明提出的锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布规律的实验分析方法是以探索半导体器件空间辐射损伤的微观作用机制为目的，与目前主流的辐射效应宏观电学参数退化分析相比，不仅能够全面的表征器件总剂量效应退化规律，还可以从缺陷陷阱的微观角度获得总剂量效应损伤机理，为半导体器件的抗辐射加固提供理论基础。

进一步地，本发明由于采用在辐照过程中将锗硅异质结双极晶体管置于不同外加偏置电压的实验方法，可直接获得待测晶体管直流电学特性的辐射响应变化，从而直接分析缺陷分布规律，相比于目前采用栅控双极工艺分析总剂量效应诱发缺陷的实验方法，无需针对待测晶体管再次实施栅控工艺的流片，降低了测试成本。

进一步地，本发明由于在辐照后对锗硅异质结双极晶体管同时采取了正向Gummel特性与反向Gummel特性的测试，可同时分析器件发射结隔离区(EB Spacer)与集电结隔离区(LOCOS)的缺陷分布规律，为后续其相关电路总剂量效应敏感性评估提供了全面的数据支持。

进一步地，本发明由于采用对比高、低剂量率辐照损伤的方法，可通过低剂量率伽马射线辐照数据直接获得界面陷阱电荷的分布规律，再通过高剂量率伽马射线辐照数据区分氧化物陷阱电荷与界面陷阱电荷的差异，准确反映了锗硅异质结双极晶体管总剂量效应的损伤机制。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供的一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法装置。图6是本发明实施例提供的一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析装置的结构示意图，如图6所示，该装置，包括：

初始电学特性测试模块10，用于对多个待测晶体管进行初始电学特性测试；多个待测晶体管组成多个待测晶体管组；每个待测晶体管组包括第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组；

偏置电压设定模块20，用于对多个待测晶体管组分别设定不同的偏置电压；

第一⁶⁰Co伽马射线辐照模块30，用于选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的第一子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，当选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的第一子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到预设剂量点Q_i；

第二⁶⁰Co伽马射线辐照模块30，用于选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的第二子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，当选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的第二子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到预设剂量点Q_i；

辐照电学特性测试模块40，用于每次⁶⁰Co伽马射线辐照后分别对第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组进行辐照电学特性测试；

缺陷分布获得模块50，用于根据每个待测晶体管的初始电学特性测试以及辐照电学特性测试获得多个待测晶体管的缺陷分布；其中，1≤i≤n；n≥2；第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s；第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s。

上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析方法，其特征在于，包括：

对多个待测晶体管进行初始电学特性测试；所述多个待测晶体管组成多个待测晶体管组；每个所述待测晶体管组包括第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组；

对多个所述待测晶体管组分别设定不同的偏置电压；

选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的所述第一子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的所述第一子待测晶体管组进行第i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到预设剂量点Q_i；

选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行第i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到所述预设剂量点Q_i；

每次⁶⁰Co伽马射线辐照后分别对所述第一子待测晶体管组中的待测晶体管和所述第二子待测晶体管组中的待测晶体管进行辐照电学特性测试；

根据每个所述待测晶体管的所述初始电学特性测试以及所述辐照电学特性测试获得每个所述待测晶体管的缺陷分布；

其中，1≤i≤n；n≥2；

所述第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s；

所述第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对多个所述待测晶体管进行初始电学特性测试之前，还包括：

制作辐照电路板；

制作辐照电路板包括：

将每个所述待测晶体管焊接于第一印刷电路板上；

将焊有所述第一印刷电路的所述待测晶体管组成的不同所述待测晶体管组分别置于不同的双列直插老化座上，以使每个所述待测晶体管组外加相同的偏置电压；

将不同的所述双列直插老化座焊接于第二电路板上；

通过所述第二电路板为每个所述待测晶体管组外加相同的所述偏置电压。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二电路板设置有多个第一电阻、多个第二电阻和多个第三电阻；所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻和所述待测晶体管的数量相同；

连接有所述待测晶体管基极的所述的双列直插老化座的管脚与所述第一电阻的第一端连接，连接有所述待测晶体管发射极的所述双列直插老化座的管脚与所述第二电阻的第一端连接，连接有所述待测晶体管集电极的所述双列直插老化座的管脚与所述第三电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端以及所述第三电阻的第二端用于加入所述偏置电压。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一电阻R1，100Ω≤R1≤150Ω；

所述第二电阻R2，360Ω≤R2≤400Ω；

所述第三电阻R3，360Ω≤R3≤400Ω。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同的偏置电压包括：

第一基极-发射极电压V1_BE＝0.7V，第一基极-集电极电压V1_BC＝-2V；

第二基极-发射极电压V2_BE＝0.7V，第二基极-集电极电压V2_BC＝0.5V；

第三基极-发射极电压V3_BE＝0V，第三基极-集电极电压V3_BC＝-2V；

第四基极-发射极电压V4_BE＝0V，第四基极-集电极电压V4_BC＝0.5V；

第五基极-发射极电压V5_BE＝0V，第五基极-集电极电压V5_BC＝0V；

第六基极-发射极电压V6_BE＝-0.3V，第六基极-集电极电压V6_BC＝0.5V；

第七基极-发射极电压V7_BE＝-0.3V，第七基极-集电极电压V7_BC＝-2V。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预设剂量点Q分别包括：30krad(Si)、100krad(Si)、300krad(Si)、500krad(Si)、1Mrad(Si)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对多个所述待测晶体管进行初始电学特性测试，包括：

对每个所述待测晶体管进行正向Gummel特性与反向Gummel特性的测试。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对每个所述待测晶体管进行正向Gummel特性与反向Gummel特性的测试，包括：

正向Gummel特性测试包括：使所述待测晶体管的发射极接0V电压，所述待测晶体管的基极与所述待测晶体管的集电极接0V-1.5V的扫描电压，扫描步长为1mV，其中所述待测晶体管的基极接的电压为主扫描电压，所述待测晶体管的集电极接的电压为跟随扫描电压；

反向Gummel特性测试包括：使所述待测晶体管的集电极接0V电压，所述待测晶体管的基极与所述待测晶体管的发射极接0V-1.5V的扫描电压，扫描步长为1mV，其中所述待测晶体管的基极接的电压为主扫描电压，所述待测晶体管的发射极接的电压为跟随扫描电压。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每次⁶⁰Co伽马射线辐照后分别对所述第一子待测晶体管组中的待测晶体管和所述第二子待测晶体管组中的待测晶体管进行辐照电学特性测试，包括：

对辐照后每个所述待测晶体管进行正向Gummel特性的测试得到正向Gummel数据与反向Gummel特性的测试得到反向Gummel数据；

根据每个所述待测晶体管的所述初始电学特性测试以及所述辐照电学特性测试获得多个所述待测晶体管的缺陷分布，包括：

根据每个所述待测晶体管在不同剂量点下的所述正向Gummel数据求正向归一化过剩基极电流；

根据每个所述待测晶体管在不同剂量点下的所述反向Gummel数据求反向归一化过剩基极电流。

10.一种锗硅异质结双极晶体管总剂量效应缺陷分布实验分析装置，其特征在于，包括：

初始电学特性测试模块，用于对多个待测晶体管进行初始电学特性测试；所述多个待测晶体管组成多个待测晶体管组；每个所述待测晶体管组包括第一子待测晶体管组和第二子待测晶体管组；

偏置电压设定模块，用于对多个所述待测晶体管组分别设定不同的偏置电压；

第一⁶⁰Co伽马射线辐照模块，用于选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的所述第一子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，当选择第一剂量率对设定于不同偏置电压的所述第一子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到预设剂量点Q_i；

第二⁶⁰Co伽马射线辐照模块，用于选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行n次⁶⁰Co伽马射线辐照；其中，当选择第二剂量率对设定于不同偏置电压的所述第二子待测晶体管组进行i次⁶⁰Co伽马射线辐照，以达到所述预设剂量点Q_i；

辐照电学特性测试模块，用于每次⁶⁰Co伽马射线辐照后分别对所述第一子待测晶体管组和所述第二子待测晶体管组进行辐照电学特性测试；

缺陷分布获得模块，用于根据每个所述待测晶体管的所述初始电学特性测试以及所述辐照电学特性测试获得多个所述待测晶体管的缺陷分布；

其中，1≤i≤n；n≥2；

所述第一剂量率的范围为A1，100rad(Si)/s≤A1≤150rad(Si)/s；

所述第二剂量率的范围为A2，0.01rad(Si)/s≤A2≤0.1rad(Si)/s。

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