CN113484902A - 一种pmos剂量计零温度系数测量及抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PMOS剂量计零温度系数测量及抑制方法，该方法首先将辐射剂量传感器放置于高低温环境试验箱内，开展4个不同温度环境下的应力试验，利用半导体参数测试系统对辐射剂量传感器的输出转移特性曲线Ids‑Vgs进行在线测试，获得Ids‑Vgs曲线簇，并提取出辐射剂量传感器的零温度系数电流值Iztc。再利用电子电路基本原理建立恒流源电路模块为辐射剂量传感器提供恒流Iztc，使得PMOS剂量计温度效应受到抑制，从而保证PMOS剂量计辐射剂量的测量精度。该方法可提高用于探测空间电子元器件被辐照后经电离过程中产生的吸收剂量设备PMOS剂量计的测量精度，为航天器的设计、电子元器件及电子设备可靠性应用提供重要数据支撑，实用性强。

Description

一种PMOS剂量计零温度系数测量及抑制方法
技术领域
本发明属于空间辐射环境探测技术领域，涉及一种PMOS剂量计零温度系数测量及抑制方法。
背景技术
随着航天技术的快速发展，航天器上用了大量的高精端电子设备，而这些设备在空间应用时受到带电粒子辐射，导致航天器及电子设备发生故障或失效。因此，研究航天器及电子设备受到的辐射剂量的精确监测技术，对航天器的设计、元器件的选型、预报预警等非常重要的。PMOS剂量计作为一种星用辐射剂量监测设备，具有成本低、功耗低、体积小、测量电路简单等优点，被广泛的用于航天领域。研究高性能的PMOS剂量计对真实反映航天器及电子设备所处空间环境辐射剂量至关重要。
PMOS剂量计所处的空间环境的温度变化时，其输出电压发生较大的漂移，严重的影响了PMOS剂量计测量空间辐射剂量的精度。原因在于其核心辐射剂量传感器，是一种体硅厚氧化栅结构的MOS半导体器件，当受到环境温度的影响时，传感器的敏感参数会发生漂移，而这种由于空间环境温度的变化引起的漂移会造成PMOS剂量计测量辐射剂量的误差。
发明内容
本发明目的在于，为了提高空间用PMOS剂量计在线监测航天器及其电子设备受到的辐射剂量的测量精度，提供一种PMOS剂量计零温度系数测量及抑制方法，该方法首先通过高低温环境试验箱获得辐射敏感的传感器对环境温度的响应特性规律，提取出探头的零温度系数电流值，利用电子学电路原理，建立恒流源电路，使得PMOS剂量计处于工作状态时几乎不受环境温度的影响，从而保证PMOS剂量计测量辐射剂量的准确度。该方法旨在提高探测空间电子元器件被辐照后，经电离过程中产生的吸收剂量精度，是针对空间工程应用的一种抑制PMOS剂量计温度效应的方法，为星用电子元器件电离损伤效应评估及研究工作提供重要支撑，实用性强。
本发明所述的一种PMOS剂量计零温度系数测量及抑制方法，该方法涉及装置是由辐射剂量传感器、测试版、高低温箱、半导体参数系统和PC组成，在测试板(2)上分别连接辐射剂量传感器(1)、高低温箱(3)和半导体参数系统(4)，半导体参数系统(4)与PC机(5)连接，具体操作按下列步骤进行：
a、温度试验开始前，将辐射剂量传感器(1)安装于测试板(2)上，测试板(2)通过长线电缆与半导体参数测试系统(4)进行连接；
b、根据PMOS剂量计在空间的应用环境温度范围-25℃-+55℃内至少选取4个温度点，其中4个温度点的选取包括临界温度-25℃和+55℃，其余两个温度选择0℃和25℃；
c、将安装有辐射剂量传感器(1)的测试板(2)放置于高低温环境试验箱(3)内，在步骤b中选取的4个温度条件下进行温度试验，每个温度环境下测试板(2)放置时间为30分钟，然后通过PC机(5)控制半导体参数测试系统(4)进行参试样品的转移特性曲线IDS-VGS在线测试；
d、分析步骤c获得的4个温度点下的转移特性曲线IDS-VGS曲线簇，其中相互交叉的点对应的电流值即为该器件的零温度系数电流值Iztc；
e、利用电子电路基本原理，建立恒流源电路模块，为工作状态下的参数样品提供恒定的电流Iztc；
f、通过恒流源电路模块对PMOS剂量计的辐射剂量传感器(1)注入该器件的零温度系数电流值Iztc,使得PMOS剂量计在应用温度环境下工作不受温度变化的影响，从而实现对PMOS剂量计温度效应的抑制。
步骤c进行参试样品转移特性曲线IDS-VGS的在线测试时，辐射剂量传感器(1)依然保持在设定的温度环境中，保持温度对器件内部电荷的影响关系。
本发明所述的一种PMOS剂量计零温度系数电流测量及抑制方法，其特殊之处在于：通过将辐射剂量传感器安装于测试板，测试板通过长线电缆与半导体参数测试系统进行连接，然后将安装有辐射剂量传感器的测试板置放于高低温环境试验箱内，在PMOS剂量计应用环境温度范围内选取4个温度点，将半导体参数测试系统连接于PC机，在选取的4个温度点下对辐射剂量传感器的输出转移特性曲线IDS-VGS进行在线测试，得到的不同温度点下的IDS-VGS曲线簇中，相互交叉的点对应的电流值即为传感器的零温度系数电流值Iztc。然后，通过设计恒流源电路对PMOS剂量计的辐射剂量传感器注入测量得到的Iztc,使得PMOS剂量计在实际应用环境中，其辐照剂量响应参数不受温度变化的影响，从而实现对PMOS剂量计温度效应的抑制作用。本发明具有实时性，方法简单，测量结果真实可靠。
本发明的有益效果在于：提高了PMOS剂量计用辐射剂量传感器的辐射剂量测量精度；基于此结构的PMOS剂量计在环境温度为-25℃至+55℃范围内均可应用，获得辐射剂量测量结果真实可靠。该方法是针对工程应用设计的一种拓展PMOS剂量计应用温度范围和提高辐射剂量测量准确度的方法，为电离损伤效应评估及研究工作提供非常重要的基础数据支持。
本发明所述方法首先将辐射剂量测量设备-PMOS剂量计用辐射剂量传感器放置于高低温环境试验箱内开展4个不同温度环境下的应力试验，利用半导体参数测试系统对辐射剂量传感器RADFET的输出转移特性曲线Ids-Vgs进行在线测试，获得辐射剂量传感器RADFET的Ids-Vgs曲线簇，并提取出辐射剂量传感器的零温度系数电流值Iztc。然后，利用电子电路基本原理建立恒流源电路模块为辐射剂量传感器RADFET提供恒流Iztc，使得PMOS剂量计温度效应受到抑制，从而保证PMOS剂量计辐射剂量的测量精度。本发明是针对航天快速发展对辐射环境探测技术的需求，提出的一种PMOS剂量计的零温度系数测量及抑制温度效应的方法，该方法可提高用于探测空间电子元器件被辐照后经电离过程中产生的吸收剂量设备PMOS剂量计的测量精度，为航天器的设计、电子元器件及电子设备可靠性应用提供重要数据支撑，实用性强。
附图说明
图1为本发明辐射剂量传感器的零温度系数测量系统结果示意图；
图2为本发明所述在变化温度环境下PMOS剂量计辐射剂量响应参数VTH随时间变化图。
图3为本发明所述的PMOS剂量计辐射剂量传感器在不同温度条件下测量的输出转移特性曲线IDS-VGS图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的详述。
实施例
本发明所述的一种PMOS剂量计零温度系数测量及抑制方法，该方法涉及的装置是由传感器、测试版、高低温箱、半导体参数系统和PC组成，在测试板2上分别连接传感器1、高低温箱3和半导体参数系统4，半导体参数系统4与PC机5连接，具体操作按下列步骤进行：
a、温度试验开始前，将辐射剂量传感器1安装于测试板2上，测试板2通过长线电缆与半导体参数测试系统4进行连接；
b、根据PMOS剂量计在空间的应用环境温度范围-25℃-+55℃内选取4个温度点，分别为-25℃、0℃、25℃、+55℃；
c、将安装有辐射剂量传感器1的测试板2放置于高低温环境试验箱3内，在步骤b中选取的4个温度条件下进行温度试验，每个温度环境下测试板2放置时间为30分钟，然后通过PC机5控制半导体参数测试系统4进行参试样品转移特性曲线(IDS-VGS曲线)的在线测试；
d、分析步骤c获得的4个温度点下的IDS-VGS曲线簇，其中相互交叉的点对应的电流值即为该器件的零温度系数电流值Iztc；
e、利用电子电路基本原理，建立恒流源电路，为工作状态下的参数样品提供恒定电流Iztc；
f、通过恒流源电路对PMOS剂量计的辐射剂量传感器1注入该器件的零温度系数电流值Iztc,使得PMOS剂量计在应用温度环境下工作不受温度变化的影响，从而实现对PMOS剂量计温度效应的抑制；
如图1所示：组建辐射剂量传感器零温度系数测量系统：将辐射剂量传感器1安装于测试板2，测试板2通过长线电缆与半导体参数测试系统4进行连接；将安装有辐射剂量传感器1的测试板2放置于高低温箱3内进行环境变温试验；将半导体参数测试系统4连接于PC机5上，采集信号时通过PC机5对输出信号进行采集；
选取温度点：根据PMOS剂量计应用环境温度变化情况，选取了4个温度点，分别是-20℃、0℃、25℃和55℃，温度偏差≤2℃，每个温度点测试板2放置30分钟；
输出信号的在线采集：将半导体参数测试系统4连接于PC机5，在4个-20℃、0℃、25℃和55℃不同环境温度点放置30分钟后对测试板上2的器件进行输出转移特性曲线IDS-VGS的在线测试；
零温度系数电流值的提取：如图3所示得到的4个-20℃、0℃、25℃和55℃不同温度点下的输出转移特性IDS-VGS曲线簇中，相互交叉的点对应的电流值即为辐射剂量传感器的零温度系数电流值Iztc；
PMOS剂量计温度效应的抑制方法：通过恒流源电路对PMOS剂量计的辐射剂量传感器1注入测量得到的零温度系数电流值Iztc,使得PMOS剂量计在不同温度环境下工作，其输出辐射剂量响应参数几乎不受温度变化的影响，从而实现对温度效应的抑制如图2。
本发明所述的实施例是说明性的，不是限定性的，因此，本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是本领域技术人员根据本发明的技术方案都出的其他实施方式，同样属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种PMOS剂量计零温度系数测量及抑制方法，其特征在于该方法涉及装置是由辐射剂量传感器、测试版、高低温箱、半导体参数系统和PC机组成，在测试板（2）上分别连接辐射剂量传感器（1）、高低温箱（3）和半导体参数系统（4），半导体参数系统（4）与PC机（5）连接，具体操作按下列步骤进行：
a、温度试验开始前，将辐射剂量传感器（1）安装于测试板（2）上，测试板（2）通过长线电缆与半导体参数测试系统（4）进行连接；
b、根据PMOS剂量计在空间的应用环境温度范围-25℃- +55℃内至少选取4个温度点，其中4个温度点的选取包括临界温度-25℃和+55℃，其余两个温度选择0℃和25℃；
c、将安装有辐射剂量传感器（1）的测试板（2）放置于高低温环境试验箱（3）内，在步骤b中选取的4个温度条件下进行温度试验，每个温度环境下测试板（2）放置时间为30分钟，然后通过PC机（5）控制半导体参数测试系统（4）进行参试样品的转移特性曲线IDS-VGS在线测试；
d、分析步骤c获得的4个温度点下的IDS-VGS曲线簇，其中相互交叉的点对应的电流值即为该器件的零温度系数电流值Iztc；
e、利用电子电路基本原理，建立恒流源电路模块，为工作状态下的参数样品提供恒定的电流Iztc；
f、通过恒流源电路模块对PMOS剂量计的辐射剂量传感器（1）注入该器件的零温度系数电流值Iztc, 使得PMOS剂量计在应用温度环境下工作不受温度变化的影响，从而实现对PMOS剂量计温度效应的抑制。
2.根据权利要求1所述的一种PMOS剂量计零温度系数测量及抑制方法，其特征在于：步骤c进行参试样品转移特性曲线IDS-VGS的在线测试时，辐射剂量传感器（1）依然保持在设定的温度环境中，保持温度对器件内部电荷的影响关系。
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