CN114068694A - 锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法及系统，该测试方法包括：对待测器件进行测试，并记录第一测试结果；基于第一测试结果筛选出待加固器件；对待加固器件进行分组编号，分别对不同组的待加固器件设置不同的中子注量，对待加固器件进行中子辐照加固处理，使得每组加固后的器件达到各自预定的中子注量值；对每组加固后的器件进行测试得到第二测试结果；根据第二测试结果与第一测试结果的比较确定目标加固器件；确定目标中子注量值，目标中子注量值为目标加固器件相对应的预定的中子注量值。可分析在空间极端辐射环境下不同辐射因素对器件性能的影响，为了解器件在空间极端环境下的可靠性及提出相应的加固措施提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及于微电子技术领域，特别涉及一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法及系统。
背景技术
二十世纪以来，随着世界各国航空航天技术、核技术突飞猛进的发展，在辐射环境中越来越多的电子器件受到普遍地使用。由于辐射环境较为复杂，当电子元器件被置于辐射环境中时会对其性能产生不同程度的影响，甚至可能会导致整个电路系统的失效从而带来严重损失。因此，在辐射环境中电子系统的工作寿命成了衡量电子器件抗辐射能力的一个重要因素。根据统计显示，由空间辐射引起的故障达到航天器在轨故障的40％左右。2021年，“祝融号”的发射成功更是我国向航天大国目标迈进的重要一步，也是我国航空航天事业的又一大胜利。
对于航空航天电子器件来说，空间极端环境包含两个重要方面，一是极端的环境温度；二是空间辐射效应。辐射环境可分为天然辐射环境和人为辐射环境两大类。主要由高能质子、电子、射线、x射线中子和光子等组成。将电子器件置于这样的辐射环境中会对器件产生单粒子效应、总剂量效应和位移损伤效应等不同种类的辐射效应。
在众多晶体管中，锗硅异质结双极晶体管(Silicon-Germanium HeterojunctionBipolar Transistor，SiGe HBT)作为一种特殊结构晶体管，由于具有低噪声、高频率、高功率增益、较宽的工作温度范围、优异的低温特性以及抗辐照性能强的特点，被认为是未来航空航天领域的热门选择。锗硅异质结双极晶体管是以少数载流子来传输信息的器件。目前，利用重离子微束辐照开展锗硅异质结晶体管单粒子效应测试方法实验，根据不同位置电荷收集量的不同确定器件的敏感区域。而对于中子辐照损伤对器件电学特性和在抗辐照加固方面的应用还未见相关公布。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法及系统，通过经中子预辐照加固SiGe HBT器件，用半导体参数仪来测量加固前后SiGe HBT器件的电学性能参数变化，得到使器件电学性能退化最大的中子注量值；可分析在空间极端辐射环境下不同辐射因素对器件性能的影响，以及为了解器件在空间极端环境下的可靠性及提出相应的加固措施提供参考。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法，包括：对待测器件进行测试，并记录第一测试结果；基于所述第一测试结果筛选出待加固器件；对待加固器件进行分组编号，分别对不同组的所述待加固器件设置不同的中子注量，对所述待加固器件进行中子辐照加固处理，使得每组加固后的器件达到各自预定的中子注量值；对每组所述加固后的器件进行测试得到第二测试结果；根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件；确定目标中子注量值，所述目标中子注量值为所述目标加固器件相对应的所述预定的中子注量值。
可选的，对待测器件进行测试之前包括：对待测器件进行去封装预处理，以暴露出所述待测器件的晶体管版图，且保留电极的引出管脚。
可选的，根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件包括：对每个所述加固后的器件的所述第二测试结果与第一测试结果进行相对应的比较，筛选出第一加固器件；其中，所述目标加固器件为所述第一加固器件中第二测试结果与第一测试结果的差值最大者。
可选的，测试方法还包括：将未加固的器件和所述第一加固器件均连接于PCB测试板上；对所述PCB测试板进行激光微束辐照，获得所述未加固的器件和所述第一加固器件的单粒子瞬态及电荷收集量的变化，以实现对所述目标中子注量值进行验证；其中，未加固的器件为所述待加固器件的其中一个。
可选的，将未加固的器件和所述第一加固器件均连接于PCB测试板上包括：根据加固的所述预定的中子注量值不同对所述第一加固器件进行编号。
可选的，对预处理后的待测器件用半导体参数仪进行测试得到第一测试结果，对所述加固后的器件用半导体参数仪进行测试得到第二测试结果；所述第二测试结果与第一测试结果均包括电流增益。
可选的，对所述PCB测试板进行激光微束辐照，获得未加固的器件和所述第一加固器件的单粒子瞬态及电荷收集量的变化，以实现对所述目标中子注量值进行验证包括：所述PCB测试板固定在激光微束辐照的载物台上；将所述未加固的器件和所述第一加固器件的发射集、基极和集电极端口分别通过同轴电缆与示波器进行连接；观测示波器的本底电压值。
可选的，根据所述本底电压值是否小于设定的第一阈值，判断所述未加固的器件和所述第一加固器件的功能是否正常；当所述本底电压值小于设定的第二阈值时，激光微束辐照的试验开始；所述第二阈值大于所述第一阈值。
可选的，对所述PCB测试板进行激光微束辐照，获得未加固的器件和所述第一加固器件的单粒子瞬态及电荷收集量的变化，以实现对所述目标中子注量值进行验证还包括：调节束斑装置，将激光微束的束斑大小控制在5μm×5μm以下，以获得聚焦的激光微束流；设置示波器；打开束流快板发射激光微束，通过示波器捕捉到引发单粒子瞬态的信号；逐步改变激光微束能量和偏置电压，得到未加固的器件和每个所述第一加固器件的瞬态电流峰值和电荷收集量的变化；将每个所述第一加固器件的瞬态电流峰值和所述未加固的器件的瞬态电流峰值进行单独比较，确定瞬态电流峰值变化最大的器件所对应的中子注量值，以验证该中子注量值为所述目标中子注量值。
本发明的第二方面提供了一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试系统，包括：第一测试模块，其用于对待测器件进行测试，并记录第一测试结果；筛选模块，其用于基于所述第一测试结果筛选出待加固器件；加固处理模块，其用于对待加固器件进行分组编号，分别对不同组的所述待加固器件设置不同的中子注量，对所述待加固器件进行中子辐照加固处理，使得每组加固后的器件达到各自预定的中子注量值；第二测试模块，其用于对每组所述加固后的器件进行测试得到第二测试结果；比较模块，其用于根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件；确定模块，其用于确定目标中子注量值，所述目标中子注量值为所述目标加固器件相对应的所述预定的中子注量值。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案至少具有如下有益的技术效果：
本发明实施例提供的测试方法通过经中子预辐照加固SiGe HBT器件，用半导体参数仪来测量加固前后SiGe HBT器件的电学性能参数变化，得到使器件电学性能退化最大的中子注量值；并对中子预辐照加固后用脉冲激光微束对器件的单粒子效应进行测试，以验证使器件电学性能退化最大的中子注量值为目标中子注量值。与未进行加固的器件测试结果进行比较，得出经中子预辐照加固后对器件单粒子瞬态峰值和电荷收集量的影响。中子辐射的引入进一步接近器件在空间实际运行时的辐射条件。激光微束不仅能够触发SiGeHBT器件产生单粒子效应，还可以用于精确地定位器件内部引发单粒子瞬态的位置。通过分析这些位置内部晶体管的结构可以对单粒子效应在不同结构处产生的机理进行研究，进而为器件的抗辐照加固提供支撑。
附图说明
图1是根据本发明一种实施方式的锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法流程图；
图2示意性地示出少数载流子寿命、有效掺杂浓度和迁移率的相对灵敏度与中子注量的关系；
图3示意性地示出SiGe HBT器件内部结构图；
图4为SiGe HBT器件经中子辐照前后的输出特性曲线；
图5为SiGe HBT器件经中子辐照前后的Gummel特性曲线；
图6是根据本发明另一种实施方式的锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
现有的测试技术对于经中子预辐照后对器件电学特性影响没有充分考虑的缺陷，本发明的实施例通过不同注量的中子预辐照对器件进行加固处理，利用半导体参数测试仪进行全参数测量，测量出经不同注量中子预辐照对器件电学特性产生的变化，找出使器件电学性能退化最大的中子注量值为目标中子注量值。从机理方面分析产生电学性能退化这种变化的原因，从而得出中子对器件在抗辐照加固方面的作用。由于在空间中运行时是各种辐射源对器件产生影响，引入中子辐照后对器件性能产生的影响进行分析，可以对太空辐射环境条件中引起器件损伤的因素有进一步的了解。经过测试也可以得到在空间极端辐射环境下不同辐射因素对器件性能的影响，为了解器件在空间极端环境下的可靠性及提出相应的加固措施提供参考。由此，本发明实施例提出了一种锗硅异质结双极晶体管经不同注量中子辐照后，用半导体参数仪来测量中子辐照损伤对晶体管电学特性影响，并从损伤机理上进行解释的测试方法。
本发明的第一方面提供了一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S10，对待测器件进行预处理；
步骤S20，对预处理后的待测器件进行测试，并记录第一测试结果；
步骤S30，基于所述第一测试结果筛选出待加固器件；
步骤S40，对待加固器件进行分组编号，分别对不同组的所述待加固器件设置不同的中子注量，对所述待加固器件进行中子辐照加固处理，使得每组加固后的器件达到各自预定的中子注量值；
步骤S50，对每组所述加固后的器件进行测试得到第二测试结果；
步骤S60，根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件；
步骤S70，确定目标中子注量值，所述目标中子注量值为所述目标加固器件相对应的所述预定的中子注量值。
一些实施例中，步骤S10，对待测器件进行预处理包括：对待测器件进行去封装处理，以暴露出所述待测器件的晶体管版图，且可完整保留电极的引出管脚。
一些实施例中，步骤S60，根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件包括：对每个所述加固后的器件的所述第二测试结果与第一测试结果进行相对应的比较，筛选出第一加固器件；其中，所述目标加固器件为所述第一加固器件中第二测试结果与第一测试结果的差值最大者。
一些实施例中，对预处理后的待测器件用半导体参数仪进行测试得到第一测试结果，对所述加固后的器件用半导体参数仪进行测试得到第二测试结果；所述第二测试结果与第一测试结果均包括电流增益。
一些实施例中，测试方法还包括：步骤S80，对所述目标中子注量值进行验证。
步骤S801，将未加固的器件和所述第一加固器件均连接于PCB测试板上；
步骤S802，对所述PCB测试板进行激光微束辐照，获得所述未加固的器件和所述第一加固器件的单粒子瞬态及电荷收集量的变化，以实现对所述目标中子注量值进行验证；其中，未加固的器件为所述待加固器件的其中一个。
一些实施例中，步骤S801，将未加固的器件和所述第一加固器件均连接于PCB测试板上包括：根据加固的所述预定的中子注量值不同对所述第一加固器件进行编号。
一些实施例中，步骤S802，对所述PCB测试板进行激光微束辐照，获得未加固的器件和所述第一加固器件的单粒子瞬态及电荷收集量的变化，以实现对所述目标中子注量值进行验证包括：
步骤S8021，所述PCB测试板固定在激光微束辐照的载物台上；
步骤S8022，将所述未加固的器件和所述第一加固器件的发射集、基极和集电极端口分别通过同轴电缆与示波器进行连接；
步骤S8023，观测示波器的本底电压值。
一些实施例中，根据所述本底电压值是否小于设定的第一阈值，判断所述未加固的器件和所述第一加固器件的功能是否正常；当所述本底电压值小于设定的第二阈值时，激光微束辐照的试验开始；所述第二阈值大于所述第一阈值。具体的实施例中，为了确保实验结果的精确性，本底电压值小于15mV则可证明器件功能正常。设定本底电压值小于20mV，则说明信号稳定可准备开展单粒子效应辐射实验。
一些实施例中，步骤S802，所述PCB测试板进行激光微束辐照，获得未加固的器件和所述第一加固器件的单粒子瞬态及电荷收集量的变化，以实现对所述目标中子注量值进行验证还包括：
步骤S8024，调节束斑装置，将激光微束的束斑大小控制在5μm×5μm以下，以获得聚焦的激光微束流；
步骤S8025，设置示波器；
步骤S8026，打开束流快板发射激光微束，通过示波器捕捉到引发单粒子瞬态的信号；
步骤S8027，逐步改变激光微束能量和偏置电压，得到未加固的器件和每个所述第一加固器件的瞬态电流峰值和电荷收集量的变化；
步骤S8028，将每个所述第一加固器件的瞬态电流峰值和所述未加固的器件的瞬态电流峰值进行单独比较，确定瞬态电流峰值变化最大的器件所对应的中子注量值，以验证该中子注量值为所述目标中子注量值。
通过将未加固的器件由脉冲激光引发的单粒子瞬态和电荷收集量与加固后的器件由脉冲激光引发的单粒子瞬态和电荷收集量进行比较，得出两者的峰值和电荷收集量差别，为器件在复杂的太空辐照环境下仍能够长时间正常运行提供理论依据。而且经验证后的最适合进行加固的中子注量值为目标中子注量值，可确保实验数据的准确性，为了解器件在空间极端环境下的可靠性及提出相应的加固措施提供参考。
下面对锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法的各步骤进行详细说明。
步骤S10，对待测器件进行预处理。选择用于实验的SiGe HBT样品，开展器件加固前电学性能全集参数测试。
步骤S101，可根据前期调研情况确定实验器件的型号，以及根据选择的锗硅异质结双极晶体管的器件手册，标出器件电流放大系数、反向电流、击穿电压、截止频率等参数的正常范围值，利用半导体参数测试仪对器件的电学性能进行全参数测试并与手册上给出的正常参考范围进行比较，选出一致性较好的器件作为待测器件。
步骤S102，对SiGe HBT待测器件进行去封装处理。
为了保护器件的内部结构，在其外部有一层塑胶对其进行了封装。为了确保实验能够顺利进行和提高实验结果的可靠性需对待测器件进行去封装处理。由于去封装的过程中会有一定损坏率，因此可一次性选取同批次的器件20只进行去封装处理；实验中使用的SiGe HBT器件为倒封装的，衬底较厚。由于激光的入射深度有限，因此需要从器件正面进行开封装，暴露出晶体管版图同时完整保留电极的引出管脚。
步骤S20，对预处理后的待测器件进行测试，并记录第一测试结果。
将上述去封装的SiGe HBT待测器件放置测试座上，即先对未进行加固的器件用半导体参数仪进行器件的全参数测试，获得其最大电流增益，通过对同一只器件进行三次测量取其三次电流增益平均值作为第一测试结果。
步骤S30，基于所述第一测试结果筛选出待加固器件。可根据第一测试结果筛选出电学性能参数一致性较好的器件作为待加固器件。通过电学性能测试可以得出器件的电流增益，如果电流增益在一定的区间分内就证明器件的一致性较好，例如电流增益在100-150内可认为器件的一致性较好。
步骤S40，对待加固器件进行分组编号，分别对不同组的所述待加固器件设置不同的中子注量，对所述待加固器件进行中子辐照加固处理，使得每组加固后的器件达到各自预定的中子注量值。
步骤S401，对待加固器件进行加固处理。中子反应堆有两个n/γ比不同的阱，本次加固选择比为6.1×109n·cm-2·Gy-1(Si)的阱对器件进行预辐照加固处理。对待加固器件进行分组编号，分别对不同组的待加固器件设置不同的中子注量值。将待加固器件根据不同中子注量节点，一批批放进中子反应堆中。在1MeV等效中子能量下用不同注量的中子对器件进行离线辐照加固。待达到预定的中子注量值后从反应堆中将器件通过遥控装置取出放到安全位置。对其它组待加固器件也依次进行加固处理，达到预定的中子注量值。
图2示出了少数载流子寿命、有效掺杂浓度和迁移率的相对灵敏度与中子注量的关系，根据图2可以得出1x1014n/cm2注量范围内可以对器件的载流子寿命产生明显影响，但对多子浓度和迁移率影响不大；并且在中子注量处于1x1014n/cm2量级时，主要是通过影响少数载流子密度来进行加固的。
步骤S402，将步骤S401中进行加固处理后的器件放置在安全的位置实时进行感生放射性检测，直至放射强度低于安全值。
步骤S50，对每组所述加固后的器件进行测试得到第二测试结果。
将进行加固后的器件可采用夹具放置在测试座上，用半导体参数仪进行器件的电学性能测试并记录第二测试结果。对器件进行不同注量的中子辐照加固处理后，并根据中子注量不同对加固后的器件进行标号。可将加固后的器件放置在安全位置一个月左右，进行放射性检测，待放射性强度降低到安全值以下后取出器件再次用半导体参数仪测试，获得其最大电流增益，同样通过对同一只加固后的器件进行三次测量取其三次电流增益平均值作为第二测试结果。
步骤S60，根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件。
步骤S601，将第二测试结果与加固前进行测试得到的第一测试结果进行比较，选出能够正常开启且一致性较好的器件作为第一加固器件，可将第一加固器件连接在PCB测试板上。
步骤S602，根据二测试结果与第一测试结果的比较，得出电流增益变化量最大者为目标加固器件，即为经加固后退化最严重的器件。如表1为经中子辐照加固处理前后的电流增益的变化，表1中所示的1#器件为电流增益变化量最大，因此确定1#器件为目标加固器件。
| 器件编号 | 1# | 2# | 3# | 4# |
| 辐照前电流增益 | 112 | 108 | 112 | 106 |
| 辐照后电流增益 | 97 | 95.8 | 100.4 | 97 |
| 电流增益变化量 | 15 | 12.2 | 11.6 | 9 |
表1加固前后器件电流增益的变化
步骤S70，确定目标中子注量值，所述目标中子注量值为所述目标加固器件相对应的所述预定的中子注量值。根据编号确认目标加固器件的预定的中子注量值为目标中子注量值。
下面对中子辐照损伤后引起器件损伤的因素进行阐述，并对器件的电流增益进行测评的过程进行阐述。
图3示出了SiGe HBT器件内部结构图，图3中E表示器件的发射极，C表示器件的集电极，B表示器件的基极。
图4示出了器件经中子辐照前后的输出特性曲线，横坐标指的是集电极加的电压，纵坐标指的是集电极电流，每一条横线指的是在基极施加不同的偏压下随集电极电压的变化基极电流的变化情况。表示器件在施加不同偏压下所处的开启状态，其中，横坐标与离横坐标最近的横线所包含的以下空白区域是指器件的截止区，纵坐标与各横线在没达到稳定横线之前的区域所包含的区域为器件的饱和区，其余横线之间的区域为器件的放大区。截止区、饱和区、放大区是器件的三种工作状态。
图5示出了器件经中子辐照前后的Gummel特性曲线，表示在不同的VBE下器件内部集电极和基极的电流变化情况，根据集电极电流和基极电流的比值得到电流增益。图5的横坐标指的是对基极发射极进行施加偏压使器件处于开启状态，横坐标指的是随偏置电压的增大集电极和基极电流的变化关系。集电极电流比基极电流等于电流的增益。
a)对于双极型器件，中子辐照所引起的位移损伤主要依赖于中子注量和非电离能量沉积，电流增益是最为重要的敏感参数，一般情况下，中子辐照导致晶体管增益下降的机制是由于非电离能量沉积所导致的位移损伤。位移损伤导致晶体管增益的退化主要是由于基极电流的退化所导致。
b)中子辐照后由于位移损伤形成的缺陷在禁带内部引入能级，这些能级可作为电子空穴对的复合中心，增加了少子与空穴复合的机会，提高了载流子的复合率，从而影响电流增益，其结果如图5所示。
设计、制作SiGe HBT的PCB测试板，在辐照板上挖出一个正好能够使去封装后内部版图在显微镜下完全显示且激光能够均匀通过的小孔洞。
将通电后的PCB测试板与示波器连接，观测示波器的本底信号值，为了确保实验结果的精确性，本发明实施例可定义本底电压值小于15mV则证明功能正常。
步骤S80，对目标中子注量值进行验证。对加固前后的器件进行验证并完成测试系统的连接。
一、先后将未进行加固的和第一加固器件(进行不同中子注量加固的SiGe HBT器件)的连接位置进行编号，然后焊接在PCB测试板相应的位置上，并将PCB测试板固定在激光微束的载物台上，通过电脑控制端调节载物台的位置，使图3中器件的表面版图通过内置CCD相机在电脑屏幕端清晰地显现出来。从器件的发射极E、基极B和集电极C端口分别通过同轴电缆与示波器进行连接。设定如果本底噪声小于20mV，则说明信号稳定可准备开展单粒子效应辐射实验。
二、SiGe HBT器件进行激光微束辐照实验的测试条件设置及出束位置定位。
集电极/衬底结即CS结反向偏置会增强电子向n区、空穴向P区的输运，可达到SiGeHBT的最劣偏置状态。本实例选用SiGe HBT的集电极为n型、衬底为p型，实验中晶体管的集电极接正向电压以形成CS结反偏，并在辐照过程中保持外加电压不变。
首先调整到5倍放大镜下将器件的内部版图结构移动到显微镜的视野中心，再换到20倍放大镜下继续调节激光载物台到能够清晰地出现器件内部的结构图。最后，在100倍放大镜下调节控制平台的Z轴高度使器件结构能够清晰地出现为止。校准定位中心与入射靶心重合，选择合适的位置将其设置为原点。
三、开展激光微束辐照实验确定出最适合进行加固的中子注量。
调节束斑装置，为了确保实验的准确性将激光微束的束斑大小控制在以下，获得聚焦的激光微束流。根据以往的实验结果得知器件的CS结区域较为敏感。因此，在集电极外边沿较敏感位置周围进行激光微束实验。示波器设置好后打开束流快板发射激光微束，通过示波器捕捉到引发单粒子瞬态的信号。再一步步改变激光微束能量和偏置电压来分别研究加固前后SiGe HBT瞬态电流峰值和电荷收集量的变化。相同条件下，通过示波器捕捉未加固的器件和每个加固后的器件引发的单粒子瞬态及电荷收集量的变化情况，根据器件编号找出对应的最适合进行加固的中子注量值。通过示波器对加固前后的器件在同一敏感位置的单粒子瞬态进行捕捉，将捕捉的数据用Matlab提取出最大值进行比较，同时用图像处理软件可以得出电荷收集情况。这些数据指的是在相同的偏置条件和激光能量下，对加固前后的每一个器件入射同一位置后，用示波器捕捉引发的单粒子瞬态信号，提取出每只器件的单粒子瞬态峰值与未进行加固的器件所产生的单粒子瞬态峰值进行比较，得到瞬态电流峰值变化最明显的一个器件所对应的中子注量值，即为最适合加固的中子注量值。经验证后的最适合加固的中子注量值为目标中子注量值，这样可确保实验数据的准确性，为了解器件在空间极端环境下的可靠性及提出相应的加固措施提供参考。
四、记录并处理实验采集的全部数据，得出器件加固前后的单粒子瞬态峰值和电荷收集量变化。
瞬态电流和电荷收集是锗硅异质结双极晶体管单粒子效应损伤机制的两种重要表征形式，据此开展的抗辐射加固的必要条件是明确器件敏感结构。因此，本实例的第一个目的是获得在不同偏压、不同入射能量下器件的瞬态电流和电荷收集量的变化规律；第二个目的是获得加固前后器件上实验点的瞬态电流峰值和电荷收集量的变化情况并获得对器件进行加固的最合适中子注量。本实例可按照如下步骤处理实验数据：
在进行敏感区域摸底实验时记录每一个激光微束入射能量和偏置电压所对应的瞬态电压随时间变化的数据文件；对于没有触发的情况，瞬态记录为0。所有的实验数据记录完成后对数据进行处理。将示波器设置为50的阻抗匹配值，从每一个数据文件中提取出瞬态电流的最大值，得出相同条件下器件瞬态电流峰值在加固前后的变化情况以及经不同中子注量加固后的变化情况。并将集电极瞬态电流对时间进行积分获得电荷收集量，并将加固前后电荷收集量的变化进行比较。根据中子辐照前后器件的电流增益、瞬态电流峰值和电荷收集量变化情况得出最适合进行加固的中子注量值，为器件在抗辐照加固方面提供有力依据。
根据对中子预辐照前后SiGe HBT单粒子效应测试获得的集电极瞬态电流峰值和电荷收集量情况，得出中子预辐照加固对器件单粒子效应的敏感性产生的影响。
基于同一发明构思，本发明的第二方面提供了一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试系统，用于执行上述的一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法，如图6所示，该测试系统可包括：第一测试模块620，其用于对预处理后的待测器件进行测试，并记录第一测试结果；筛选模块630，其用于基于所述第一测试结果筛选出待加固器件；加固处理模块640，其用于对待加固器件进行分组编号，分别对不同组的所述待加固器件设置不同的中子注量，对所述待加固器件进行中子辐照加固处理，使得每组加固后的器件达到各自预定的中子注量值；第二测试模块650，其用于对每组所述加固后的器件进行测试得到第二测试结果；比较模块660，其用于根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件；确定模块670，其用于确定目标中子注量值，所述目标中子注量值为所述目标加固器件相对应的所述预定的中子注量值。测试系统还可包括：预处理模块610，其用于对待测器件进行进行测试之前对待测器件进行去封装预处理，以暴露出所述待测器件的晶体管版图，且保留电极的引出管脚；以及验证模块680，其用于对所述目标中子注量值进行验证。
其中，本发明实施例对于各模块的具体形状结构不做限定，本领域技术人员可以根据其实现的功能作用对其进行任意设置，在此不再赘述；另外，本发明实施例中上述各模块所实现的操作步骤的具体实现过程以及实现效果与本发明实施例中步骤S10-步骤S80的具体实现过程以及实现效果相同，具体可参考上述陈述内容，在此不再赘述。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益的技术效果：
1、本发明实施例提供的测试方法通过经中子预辐照加固前后的SiGe HBT器件，用半导体参数仪来测量加固前后的SiGe HBT器件的全参数变化，并在中子预辐照加固后用脉冲激光微束对器件的单粒子效应进行研究。与未进行加固的器件测试结果进行比较，得出经中子预辐照加固后对器件单粒子瞬态峰值和电荷收集量的影响。中子辐射的引入进一步接近器件在空间实际运行时的辐射条件。激光微束不仅能够触发SiGe HBT产生单粒子效应，还可以用于精确地定位器件内部引发单粒子瞬态的位置。通过分析这些位置内部晶体管的结构可以对单粒子效应在不同结构处产生的机理进行研究，进而为器件的抗辐照加固提供支撑。
2、本发明实施例提供的测试方法选择了n/γ比为6.1×109n·cm-2·Gy-1(Si)的辐照阱。在等效1MeV中子下，使器件经过不同中子注量加固处理后，得到导致器件退化最严重的中子注量值。中子预辐照对晶体管最显著的影响就是可对器件产生位移损伤在其内部形成缺陷，这些缺陷可在半导体材料内部引入附加能级，能级的引入提高了载流子复合率，降低少数载流子寿命，最终导致基极电流的增加以至于电流增益降低。
3、本发明实施例提供的测试方法引用了n/γ较高的阱，屏蔽了大部分热中子和射线，使其具有较大的比，和较低的热中子通量密度，很适合单项中子辐射环境加固。使用高性能示波器和匹配的同轴电缆与PCB测试板进行连接来捕捉激光微束辐照SiGe HBT后所引发的单粒子效应，得出加固前后瞬态峰值、电荷收集量的变化。
4、本发明实施例对器件的全参数特性变化进行了分析，即从少数载流子寿命、载流子去除和迁移率三个主要的物理参数中确定。由于SiGe HBT是少子型器件，可确定经中子辐照后少数载流子寿命降低是导致晶体管电流增益减小的最主要因素。
5、本发明实施例利用两种波长的激光微束(即1.064μm和0.532μm波长的激光微束)对经中子预辐照加固后的SiGe HBT进行单粒子效应摸底实验。1.064μm激光的入射深度较深，能够穿透整个器件的耗尽层但束斑直径较大，激光不能完全均匀地穿过器件表面的金属布线层而用于引发单粒子效应；0.532μm的激光束斑直径较小，激光基本能够均匀地穿过金属布线层，但入射深度较浅。由于两种波长的激光各有优势所以本发明实施例选择两种波长的激光进行实验以最大程度避免了偶然性和不确定性对实验产生的影响，并对加固前后的器件实验结果进行比较。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试方法，其特征在于，包括：
对待测器件进行测试，并记录第一测试结果；
基于所述第一测试结果筛选出待加固器件；
对待加固器件进行分组编号，分别对不同组的所述待加固器件设置不同的中子注量，对所述待加固器件进行中子辐照加固处理，使得每组加固后的器件达到各自预定的中子注量值；
对每组所述加固后的器件进行测试得到第二测试结果；
根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件；
确定目标中子注量值，所述目标中子注量值为所述目标加固器件相对应的所述预定的中子注量值。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，对待测器件进行测试之前包括：
对待测器件进行去封装预处理，以暴露出所述待测器件的晶体管版图，且保留电极的引出管脚。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件包括：
对每个所述加固后的器件的所述第二测试结果与第一测试结果进行相对应的比较，筛选出第一加固器件；其中，
所述目标加固器件为所述第一加固器件中第二测试结果与第一测试结果的差值最大者。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，还包括：
将未加固的器件和所述第一加固器件均连接于PCB测试板上；
对所述PCB测试板进行激光微束辐照，获得所述未加固的器件和所述第一加固器件的单粒子瞬态及电荷收集量的变化，以实现对所述目标中子注量值进行验证；其中，
未加固的器件为所述待加固器件的其中一个。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，将未加固的器件和所述第一加固器件均连接于PCB测试板上包括：
根据加固的所述预定的中子注量值不同对所述第一加固器件进行编号。
6.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，对预处理后的待测器件用半导体参数仪进行测试得到第一测试结果，对所述加固后的器件用半导体参数仪进行测试得到第二测试结果；
所述第二测试结果与第一测试结果均包括电流增益。
7.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，对所述PCB测试板进行激光微束辐照，获得未加固的器件和所述第一加固器件的单粒子瞬态及电荷收集量的变化，以实现对所述目标中子注量值进行验证包括：
所述PCB测试板固定在激光微束辐照的载物台上；
将所述未加固的器件和所述第一加固器件的发射集、基极和集电极端口分别通过同轴电缆与示波器进行连接；
观测示波器的本底电压值。
8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，根据所述本底电压值是否小于设定的第一阈值，判断所述未加固的器件和所述第一加固器件的功能是否正常；
当所述本底电压值小于设定的第二阈值时，激光微束辐照的试验开始；
所述第二阈值大于所述第一阈值。
9.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，对所述PCB测试板进行激光微束辐照，获得未加固的器件和所述第一加固器件的单粒子瞬态及电荷收集量的变化，以实现对所述目标中子注量值进行验证还包括：
调节束斑装置，将激光微束的束斑大小控制在5μm×5μm以下，以获得聚焦的激光微束流；
设置示波器；
打开束流快板发射激光微束，通过示波器捕捉到引发单粒子瞬态的信号；
逐步改变激光微束能量和偏置电压，得到未加固的器件和每个所述第一加固器件的瞬态电流峰值和电荷收集量的变化；
将每个所述第一加固器件的瞬态电流峰值和所述未加固的器件的瞬态电流峰值进行单独比较，确定瞬态电流峰值变化最大的器件所对应的中子注量值，以验证该中子注量值为所述目标中子注量值。
10.一种锗硅异质结双极晶体管抗电荷收集的测试系统，其特征在于，包括：
第一测试模块，其用于对待测器件进行测试，并记录第一测试结果；
筛选模块，其用于基于所述第一测试结果筛选出待加固器件；
加固处理模块，其用于对待加固器件进行分组编号，分别对不同组的所述待加固器件设置不同的中子注量，对所述待加固器件进行中子辐照加固处理，使得每组加固后的器件达到各自预定的中子注量值；
第二测试模块，其用于对每组所述加固后的器件进行测试得到第二测试结果；
比较模块，其用于根据所述第二测试结果与所述第一测试结果的比较确定目标加固器件；
确定模块，其用于确定目标中子注量值，所述目标中子注量值为所述目标加固器件相对应的所述预定的中子注量值。
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