CN113568028B - 一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选方法，该方法首先对辐射剂量传感器受试样品进行输出转移特性曲线测试，筛选出初值合格的辐射剂量传感器受试样品；其次，对初测合格的受试样品分别是在施加低电场应力同时进行高温应力、高低温循环应力和室温应力三组老炼试验；每组应力试验后，对受试样品的输出转移特性曲线或输出信号进行测试；最后，依据辐射剂量传感器的响应灵敏度，计算出允许的剂量响应参数漂移误差范围，以此判定每组应力试验后受试样品是否通过测试，测试合格的受试样品继续下一组的应力试验，三组应力试验都通过的样品判定为合格；本发明提供的一种对星用辐射剂量传感器进行老炼筛选的方法，在航天领域有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于空间环境辐射探测技术领域，涉及一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选方法。
背景技术
随着航天、军事、民用等领域对电子设备的质量要求日益提高，电子元器件的可靠性问题受到了越来越广泛的重视。对电子元器件进行筛选是提高电子设备可靠性的最有效的措施之一。老炼筛选的目的是从一批元器件中选出高可靠的元器件，淘汰掉有潜在缺陷的不合格品。我们这里所讲的元器件老炼筛选的是专门设计用于剔除早期失效元器件的老炼筛选。
电子元器件的固有缺陷是导致其早期失效的主要原因。而电子元器件的老炼筛选试验就是利用较短的时间，通过对电子元器件施加应力诱发自身具有的固有缺陷而使其产生失效，从而剔除不合格或者是早期失效器件的方法。在元器件出厂前，生产厂家会根据国家标准方法按元器件技术标准和用户单位要求进行一次筛选，星用电子元器在使用前用户单位会再进行补充性、针对性的二次筛选，来保证卫星用电子元器件在使用过程中的可靠性。PMOS剂量计作为一种星用辐射剂量监测设备，其传感器老炼筛选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。
通过对RADFET进行的大量可靠性试验和筛选摸底试验，在掌握RADFET失效机理与筛选项目间的关系基础上，结合产生周期、成本等提出的合理筛选方法如下：1基于PMOSFET的负偏压稳定性失效机理，选择了给RADFET施加负的低电场(-15V)；2高温100℃、168小时，在温度升高以后，失效过程得以加快，使得RADFET的厚的氧化层中有缺陷的元器件能及时暴露；3温度循环筛选条件是-25℃～+55℃，循环10次。高低温循环应力试验是利用高低温间的热胀冷缩应力，能有效剔除有热性能缺陷的元器件。该温度循环条件是根据实际应用的极限条件设置；4常温168小时测试。通过以上两组应力试验后，在常温下对RADFET进行168小时稳定性测试。
电子元器件的固有可靠性取决于其可靠性设计，在器件的制造过程中，由于材料、工艺条件、人为因素等，最终成品不可能全部达到预期的固有可靠性。在每一批成品中，有部分产品总是存在一些潜在的缺陷，在这潜在缺陷在一定应力条件下表现为早期失效。为了减少早期失效元器件装上设备后造成的设备故障，对元器件进行有效的筛选作为保证其可靠性的重要手段是非常重要的。因此，本文在掌握辐射剂量传感器失效机理和筛选项目关系的基础上，提出了一种用于辐射剂量传感器的有效老炼筛选方法，为提高空间辐射剂量探测装备的可靠性提供了有利支持。
发明内容
本发明的目的在于，为提高空间辐射剂量探测装备的可靠性，提供一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选试验方法，该方法首先对辐射剂量传感器样品进行输出转移特性曲线测试，筛选出初值合格的辐射剂量传感器样品；其次，对初测合格的样品分别是在施加低电场同时进行高温应力、高低温循环应力和室温应力老炼试验三组应力试验；再将每组样品施加应力试验后，对样品的输出转移特性曲线或输出信号进行测试；最后，依据辐射剂量传感器的响应灵敏度，计算出允许的剂量响应参数漂移误差范围，以此判定每组应力试验后星用辐射剂量传感器是否通过测试，测试通过的样品继续下一组的应力筛选试验，三组测试都通过的样品判定为合格样品；本发明提供基于负偏压不稳定性的RADFET方法，是一种对星用辐射剂量传感器进行老炼筛选的方法，在航天领域有广阔的应用前景。
本发明所述的一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选方法，该方法涉及装置是由辐射剂量传感器、偏置板、高低温箱、半导体参数测试系统、PC机、辐射剂量在线监测主板和数据采集器组成，在偏置板(2)上分别与辐射剂量传感器(1)、高低温箱(3)、半导体参数测试系统(4)和辐射剂量在线监测主板(6)连接，半导体参数测试系统(4)与PC机(5)连接，辐射剂量在线监测主板(6)与数据采集器(7)连接，其中，辐射剂量在线监测主板(6)包括动态偏置电路、恒流源电路、稳压电路、信号放大电路、信号输出，具体操作按下列步骤进行：
a、选取辐射剂量传感器(1)受试样品，使用半导体参数测试系统(4)对辐射剂量传感器(1)受试样品进行输出转移特性曲线Ids-Vgs测试，并读取转移特性曲线Ids-Vgs曲线上Ids＝10μA时对应的Vgs值，即为辐射剂量传感器(1)受试样品的阈值电压Vth；
b、根据辐射剂量传感器(1)的应用环境，确定筛选试验中辐射剂量传感器(1)受试样品需施加的最大电场应力和不同环境温度应力条件；
c、高温应力试验：将步骤a的辐射剂量传感器(1)受试样品安装在偏置板(2)上，给偏置板(2)施加恒定低电场-15V，将加电的偏置板(2)放置在高低温箱(3)内，进行高温100℃，时长为168小时的环境应力试验，然后取出偏置板(2)移位测试辐射剂量传感器(1)受试样品的Ids-Vgs曲线，比较步骤a和步骤c施加应力前后辐射剂量传感器(1)受试样品的Ids-Vgs曲线的斜率及位置阈值电压变化；Ids-Vgs曲线没有变化的视为合格即进入下一步的应力试验，反之则不合格；
d、高低温应力试验：将步骤c筛选合格的辐射剂量传感器(1)受试样品安装在偏置板(2)上，偏置板(2)通过长线连接在辐射剂量在线监测主板(6)上，给辐射剂量在线监测主板(6)加电，使得辐射剂量在线监测主板(6)处于工作状态，然后将偏置板(2)放置于高低温箱(3)内，进行10组从高温+55℃时长为4小时到低温-25℃时长为4小时的高低温循环应力试验，通过辐射剂量在线监测主板(6)输出口连接的数据采集器(7)，在线采集辐射剂量响应参数，将步骤c合格的辐射剂量传感器(1)受试样品的阈值电压Vth与步骤a得到的辐射剂量传感器(1)受试样品的阈值电压Vth进行对比，超差小于30mV为合格器件，即进入下一步的环境应力试验，反之则不合格；
e、室温环境应力试验：将步骤d筛选合格的辐射剂量传感器(1)受试样品安装在偏置板(2)上，偏置板(2)通过长线连接在辐射剂量在线监测主板(6)上，给辐射剂量在线监测主板(6)施加+15V电场，使得辐射剂量在线监测主板(6)处于工作状态，然后将偏置板(2)放置室温环境下，进行168小时的室温应力试验进行测试，通过辐射剂量在线监测主板(6)输出口连接的数据采集器(7)，在线采集辐射剂量响应参数，将步骤d筛选合格的辐射剂量传感器(1)受试样品的阈值电压Vth与步骤a得到的辐射剂量传感器(1)受试样品的阈值电压Vth进行对比，超差小于30mV为合格，反之则不合格；
f、经过步骤e测试合格的辐射剂量传感器(1)受试样品视为老炼合格样品。
步骤d和步骤e中所述的辐射剂量在线监测主板(6)中的动态偏置电路由运算放大器组成负反馈给辐射剂量传感器(1)提供偏置电场，恒流源电路是由恒流源给辐射剂量传感器(1)注入恒定的电流，稳压电路是对辐射剂量传感器(1)输出电压值进行稳压差分输出，输出信号通过信号放大电路进行放大，放大输出端的信号通过数据采集器(7)进行数据的在线采集。
步骤d和步骤e中的辐射剂量响应参数是由安捷伦34972数据采集器在线采集。
本发明的有益效果在于：提供了一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选方法，该方法首先对辐射剂量传感器样品进行输出转移特性曲线测试，筛选出初值合格的辐射剂量传感器样品；其次，对初测合格的样品分别是在施加低电场同时进行高温应力、高低温循环应力和室温应力老炼试验三组应力试验；再将每组样品施加应力试验后，对样品的输出转移特性曲线或输出信号进行测试；最后，依据辐射剂量传感器的响应灵敏度，计算出允许的剂量响应参数漂移误差范围，以此判定每组应力试验后星用辐射剂量传感器是否通过测试，测试通过的样品继续下一组的应力筛选试验，三组测试都通过的样品判定为合格样品。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明合格的辐射剂量传感器RADFET高温应力下测试数据图；
图3为本发明合格的辐射剂量传感器RADFET高低温循环应力下测试数据图；
图4为本发明合格的辐射剂量传感器RADFET常温(室温)应力下测试数据图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实例做进一步的详述：
实施例
本发明所述的一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选方法，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、PC机、偏置板、辐射剂量在线监测主板和数据采集器组成，在偏置板2上分别与辐射剂量传感器1、高低温箱3、半导体参数测试系统4和辐射剂量在线监测主板6连接，半导体参数测试系统4与PC机5连接，辐射剂量在线监测主板6与数据采集器7连接，其中，辐射剂量在线监测主板6包括动态偏置电路、恒流源电路、稳压电路、信号放大电路、信号输出，具体操作按下列步骤进行：
a、选取16只辐射剂量传感器1受试样品，分别使用半导体参数测试系4统对16只辐射剂量传感器1受试样品进行输出转移特性曲线Ids-Vgs测试，并读取转移特性曲线Ids-Vgs曲线上Ids＝10μA时对应的Vgs值，即为16只辐射剂量传感器1受试样品的阈值电压Vth；
b、根据辐射剂量传感器样品的应用环境，确定筛选试验中辐射剂量传感器样品需施加的最大电场应力和不同环境温度应力条件；
c、高温应力试验：将步骤a的16只辐射剂量传感器1样品分别安装在偏置板2上，给偏置板2施加恒定低电场-15V，将加电的偏置板2放置在高低温箱3内，进行高温100℃，时长为168小时的环境应力试验，试验结束后，取出偏置板2移位测试16只辐射剂量传感器1受试样品的Ids-Vgs曲线，比较步骤a和步骤c施加应力前后辐射剂量传感器1受试样品的Ids-Vgs曲线的斜率及位置阈值电压变化；Ids-Vgs曲线没有变化的为合格即进入下一步的环境应力试验，反之则不合格；
d、高低温应力试验：将步骤c筛选合格的辐射剂量传感器1受试样品安装在偏置板2上，偏置板2通过长线连接在辐射剂量在线监测主板6上，给辐射剂量在线监测主板6加电，使得辐射剂量在线监测主板6处于工作状态，辐射剂量在线监测主板6上的动态偏置电路通过运算放大器组成负反馈给偏置板2上的辐射剂量传感器1提供偏置电场，同时恒流源电路给偏置板2上的辐射剂量传感器1注入恒定的电流，然后稳压电路对偏置板2上辐射剂量传感器1输出电压值进行稳压差分输出，输出信号通过信号放大电路进行放大，放大输出端的信号通过数据采集器7进行数据的在线采集，然后将偏置板2放置于高低温箱3内，进行10组从高温+55℃时长为4小时到低温-25℃时长为4小时的高低温循环应力试验测试，测试是利用安捷伦34972数据采集器7与辐射剂量在线监测主板6的输出接口连接，在线采集辐射剂量响应参数，将步骤c合格的辐射剂量传感器1受试样品的阈值电压Vth，与步骤a得到的辐射剂量传感器1受试样品的阈值电压Vth进行对比，超差小于30mV为合格器件，即进入下一步的环境应力试验，反之则不合格；
e、室温环境应力试验：将步骤d筛选合格的辐射剂量传感器1受试样品安装在偏置板2上，偏置板2通过长线与辐射剂量在线监测主板6连接，给辐射剂量在线监测主板6施加+15V电场，使得辐射剂量在线监测主板6处于工作状态，辐射剂量在线监测主板6上的动态偏置电路通过运算放大器组成负反馈给偏置板2上的辐射剂量传感器1提供偏置电场，同时恒流源电路给偏置板2上的辐射剂量传感器1注入恒定的电流，然后稳压电路对偏置板2上辐射剂量传感器1输出电压值进行稳压差分输出，输出信号通过信号放大电路进行放大，放大输出端的信号通过数据采集器7进行数据的在线采集，然后将偏置板2放置室温环境下，进行168小时的室温应力试验进行测试，测试是利用安捷伦34972数据采集器7与辐射剂量在线监测主板6的输出接口连接，在线采集辐射剂量响应参数，将步骤d筛选合格的辐射剂量传感器1受试样品的阈值电压Vth，与步骤a得到的辐射剂量传感器1受试样品的阈值电压Vth进行对比，超差小于30mV为合格，反之则不合格；
f、通过以上三组不同条件的环境应力试验后，测试合格的13只辐射剂量传感器1被认定为老炼筛选合格的辐射剂量传感器1。
Claims (3)
1.一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选方法，其特征在于：该方法涉及装置是由辐射剂量传感器、偏置板、高低温箱、半导体参数测试系统、PC机、辐射剂量在线监测主板和数据采集器组成，在偏置板（2）上分别与辐射剂量传感器（1）、高低温箱（3）、半导体参数测试系统（4）和辐射剂量在线监测主板（6）连接，半导体参数测试系统（4）与PC机（5）连接，辐射剂量在线监测主板（6）与数据采集器（7）连接，其中，辐射剂量在线监测主板（6）包括动态偏置电路、恒流源电路、稳压电路、信号放大电路、信号输出，具体操作按下列步骤进行：
a、选取辐射剂量传感器（1）受试样品，使用半导体参数测试系统（4）对辐射剂量传感器（1）受试样品进行输出转移特性曲线Ids-Vgs测试，并读取转移特性曲线Ids-Vgs 曲线上Ids=10μA时对应的Vgs值，即为辐射剂量传感器（1）受试样品的阈值电压Vth；
b、根据辐射剂量传感器（1）的应用环境，确定筛选试验中辐射剂量传感器（1）受试样品需施加的最大电场应力和不同环境温度应力条件；
c、高温应力试验：将步骤a的辐射剂量传感器（1）受试样品安装在偏置板（2）上，给偏置板（2）施加恒定低电场-15V，将加电的偏置板（2）放置在高低温箱（3）内，进行高温100℃，时长为168小时的环境应力试验，然后取出偏置板（2）移位测试辐射剂量传感器（1）受试样品的Ids-Vgs曲线，比较步骤a和步骤c施加应力前后辐射剂量传感器（1）受试样品的Ids-Vgs曲线的斜率及位置阈值电压变化；Ids-Vgs曲线没有变化的视为合格即进入下一步的应力试验，反之则不合格；
d、高低温应力试验：将步骤c筛选合格的辐射剂量传感器（1）受试样品安装在偏置板（2）上，偏置板（2）通过长线连接在辐射剂量在线监测主板（6）上，给辐射剂量在线监测主板（6）加电，使得辐射剂量在线监测主板（6）处于工作状态，然后将偏置板（2）放置于高低温箱（3）内，进行10组从高温+55℃时长为4小时到低温-25℃时长为4小时的高低温循环应力试验，通过辐射剂量在线监测主板（6）输出口连接的数据采集器（7），在线采集辐射剂量响应参数，将步骤c合格的辐射剂量传感器（1）受试样品的阈值电压Vth与步骤a得到的辐射剂量传感器（1）受试样品的阈值电压Vth进行对比，超差小于30mV为合格器件，即进入下一步的环境应力试验，反之则不合格；
e、室温环境应力试验：将步骤d筛选合格的辐射剂量传感器（1）受试样品安装在偏置板（2）上，偏置板（2）通过长线连接在辐射剂量在线监测主板（6）上，给辐射剂量在线监测主板（6）施加+15V电场，使得辐射剂量在线监测主板（6）处于工作状态，然后将偏置板（2）放置室温环境下，进行168小时的室温应力试验进行测试，通过辐射剂量在线监测主板（6）输出口连接的数据采集器（7），在线采集辐射剂量响应参数，将步骤d筛选合格的辐射剂量传感器（1）受试样品的阈值电压Vth与步骤a得到的辐射剂量传感器（1）受试样品的阈值电压Vth进行对比，超差小于30mV为合格，反之则不合格；
f、经过步骤e测试合格的辐射剂量传感器（1）受试样品视为老炼合格样品。
2.根据权利要求1所述的一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选方法，其特征在于：步骤d和步骤e中所述的辐射剂量在线监测主板（6）中的动态偏置电路由运算放大器组成负反馈给辐射剂量传感器（1）提供偏置电场，恒流源电路是由恒流源给辐射剂量传感器（1）注入恒定的电流，稳压电路是对辐射剂量传感器（1）输出电压值进行稳压差分输出，输出信号通过信号放大电路进行放大，放大输出端的信号通过数据采集器（7）进行数据的在线采集。
3.根据权利要求1所述的一种星用辐射剂量传感器的老炼筛选方法，其特征在于：步骤d和步骤e中的辐射剂量响应参数是由安捷伦34972数据采集器在线采集。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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