JPH0493626A - Calibration method for pulse laser beam energy and calibration device therefor - Google Patents
Calibration method for pulse laser beam energy and calibration device thereforInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、宇宙空間において重粒子線によって引き起こ
される半導体部品のソフトエラーやラッチアップ等のシ
ングルイベント現象を、短パルスレーザ光を用いてシミ
ュレーションする方法において、低エネルギーのパルス
レーザ光のエネルギー校正に関するものである。Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention simulates single-event phenomena such as soft errors and latch-up of semiconductor components caused by heavy particle beams in space using short-pulse laser light. The method relates to energy calibration of low-energy pulsed laser light.
（従来の技術）
従来、パルスレーザ光か半導体に与えるＬＥＴは、 （
１）式 （Ａ、 Ｋ、 Ｒｉｃｈｔｅｒ ａｎｄ
１． Ａｒｉｍｕｒａ ″ＳＩＭｌＪ土ＡＴｌ
０Ｎ ＯＦ ＨＥＡＶＹ ＣＨＡＲＧＢＤ ＰＡＲＴＩ
ＣＬＥ ＴＲＡＣＫＳ ＵＳＩＮＧＦＯＣＵＳＥＤ Ｌ
ＡＳＥＲＢＥＡＭＳ ” 、 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ
ａｃｔｉｏｎｓ ｏｎＮｕｃｌｅａｒ ５ｃｉｅｎｃｅ
、 Ｖｏｌ、 Ｎ５−３４． Ｎｏ、６． Ｄ
ｅＣｅｍｂｅｒ１９８７〕を用いて算出している。(Prior art) Conventionally, LET given to a semiconductor by pulsed laser light is (
1) Formula (A, K, Richter and
1. Arimura ″SIMlJ Sat ATl
0N OF HEAVY CHARGBD PARTI
CLE TRACKS USINGFOCUSED L
ASERBEAMS”, IEEE Trans.
actions on Nuclear 5science
, Vol, N5-34. No, 6. D
eCember1987].
ＬＥＴ＝α・Ｔ−ｅ、・ＱＯ・ｅｘｐ（−αｘ）（１）
ここで、αは吸収係数、Ｔは表面薄膜（３１０２等）の
透過率、ｅ、は電子・正孔対の生成エネルギーとレーザ
の光子エネルギーの比率、ＱＯはレーザエネルギーであ
る。又は半導体表面から半導体厚さ方向への距離である
。パルスレーザ光のエネルギーＱｏの従来の測定法は、
レーザ光の熱的効果をサーモパイルで電圧に変換したパ
ワー（カロリー）メータを用い、パルス光を一定時間積
算して、その間の平均値として１パルス当たりのエネル
ギーを得ている。LET=α・T−e,・QO・exp(−αx)(1)
Here, α is the absorption coefficient, T is the transmittance of the surface thin film (3102, etc.), e is the ratio of the generation energy of electron/hole pairs to the photon energy of the laser, and QO is the laser energy. Or it is the distance from the semiconductor surface in the semiconductor thickness direction. The conventional method for measuring the energy Qo of pulsed laser light is
Using a power (calorie) meter that converts the thermal effect of laser light into voltage using a thermopile, pulsed light is integrated over a certain period of time, and the energy per pulse is obtained as the average value over that time.
また、他の方法はレーザの熱的効果によって発生する分
極作用を電圧変化として検出する焦電素子を使用する方
法では、パルスごとの計測が可能であり、低周波のパル
スレーザ光のエネルギー測定に使用されている。Another method uses a pyroelectric element that detects the polarization effect caused by the thermal effect of the laser as a voltage change, which allows measurement of each pulse, and is suitable for measuring the energy of low-frequency pulsed laser light. It is used.
しかし、前述した（１）式の定数を各種半導体について
正確に求めるのは、困難である。ついで、レーザエネル
ギー測定のパワーメータを用いる方法は、比較的大きな
エネルギー測定に用いられ、シングルイベント評価に用
いる低エネルギーの測定には不適当である。また、焦電
素子を用いる方法は、比較的高感度であるが、焦電素子
の熱的時定数が長いので、繰り返し周波数が高いパルス
レーザ光には適用できない。However, it is difficult to accurately determine the constants in equation (1) described above for various semiconductors. Next, the method using a power meter for laser energy measurement is used for relatively large energy measurements and is inappropriate for low energy measurements used in single event evaluation. Furthermore, although the method using a pyroelectric element has relatively high sensitivity, the thermal time constant of the pyroelectric element is long, so it cannot be applied to pulsed laser light with a high repetition frequency.
以上のように、従来の方法では、低エネルギーのパルス
レーザ光を照射する時のＬＥＴを精度良く求めるのは困
難である。As described above, with the conventional method, it is difficult to accurately determine the LET when irradiating with a low-energy pulsed laser beam.
（発明が解決しようとする課題）
本発明は、短パルスレーザ光のＬＥＴを精度良く校正す
る方法とその校正装置を提供することにある。(Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to provide a method for calibrating LET of short pulse laser light with high precision and a calibrating device for the same.
（課題を解決するための手段）
本発明のパルスレーザのエネルギー校正方法およびその
校正装置は、物質に与えるＬＥＴが既知である放射線同
位元素から発生するα線を基準とし、α線およびパルス
レーザ光のホトダイオードによる波形観測を行い、出力
最大電圧の相関関係を得ることによって達成する。(Means for Solving the Problems) The pulsed laser energy calibration method and the calibration device of the present invention are based on α rays generated from a radiation isotope whose LET imparted to a substance is known, and which are based on α rays and pulsed laser light. This is achieved by observing the waveform using a photodiode and obtaining the correlation between the maximum output voltage.
（実施例）
まず本発明の詳細な説明する。α線およびパルスレーザ
光かＳｉ半導体に入射すると、前者では衝突電離によっ
て、後者ではＳｉのバンドキャップエネルギー（１，１
２ｅＶ＞より大きいエネルギーのＹＡＧレーザ（１，１
７ｅＶ）に励起されて、それぞれ電子・正孔対が発生す
る。発生した電子・正孔対の一部は拡散した後に再結合
して消滅するが、残りはＰＮ接合近傍の空乏層で電界に
よってドリフトし、外部回路を通じ電流を発生させる。(Example) First, the present invention will be explained in detail. When alpha rays and pulsed laser light are incident on a Si semiconductor, the former is caused by impact ionization, while the latter is caused by Si band gap energy (1,1
YAG laser (1,1
7 eV), and electron/hole pairs are generated. A part of the generated electron-hole pairs diffuses and then recombines and disappears, but the rest drifts due to the electric field in the depletion layer near the PN junction and generates a current through an external circuit.
ホトダイオードは、空乏層の幅を広げることにより、高
速・高感度でこれらの電流を検出し、負荷抵抗によって
電圧として取り出すことができる。したがって、α線の
ＬＥＴが既知であれば、ホトダイオードで両者の出力電
圧の相関関係を求めることによって、パルスレーザ光の
ＬＥＴ校正が可能となる。By widening the width of the depletion layer, photodiodes can detect these currents at high speed and with high sensitivity, and extract them as a voltage using a load resistance. Therefore, if the LET of the α-ray is known, the LET of the pulsed laser beam can be calibrated by finding the correlation between the output voltages of both using a photodiode.
以下に図面を参照して、本発明のパルスレーザのエネル
ギー校正方法およびその校正装置の実施例を詳細に説明
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the pulse laser energy calibration method and the calibration apparatus of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は本発明のパルスレーザのエネルギー校正装置の
一実施例の構成図である。第１図において、レーザ光は
、パルスレーザ光源１から放出され、減衰フィルタ２と
レンズ３を通ってＤＵＴ（被測定試料）４に照射される
。一方、放射性同位元素６の崩壊によって発生するα線
をホトダイオード７に入射し、ホトダイオード７の出力
電圧波形を高速波形観測装置８に入力した後、ＡＤ変換
された電圧波形をＣＰＵ９によってデータ処理して、最
大電圧を得ることかできる。また、ホトダイオードをＤ
ＵＴ４と同位置に置き換えることによって、パルスレー
ザ光の出力電圧をα線と同様に測定可能である。さらに
、ジュールメータ５をＤＵＴ４と同位置に置き換えて、
パルスレーザ光のエネルギーを測定する。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the pulse laser energy calibration device of the present invention. In FIG. 1, laser light is emitted from a pulsed laser light source 1, passes through an attenuation filter 2 and a lens 3, and is irradiated onto a DUT (sample to be measured) 4. On the other hand, alpha rays generated by the decay of the radioactive isotope 6 are incident on a photodiode 7, and the output voltage waveform of the photodiode 7 is input into a high-speed waveform observation device 8, and then the AD-converted voltage waveform is data-processed by the CPU 9. , you can get the maximum voltage. Also, the photodiode is D
By replacing it in the same position as UT4, the output voltage of the pulsed laser beam can be measured in the same way as the α-ray. Furthermore, by replacing the joule meter 5 in the same position as the DUT 4,
Measure the energy of pulsed laser light.
本発明のパルスレーザのエネルギー校正方法を、具体的
な実施例に基づいて説明する。校正には放対性同位元素
にアメリジューム（α線のエネルギーは５．５ＭｅＶ）
、ホトダイオードには５ｉＰＩＮダイオード、パルス
レーザ光源にはパルス幅が３５ｐｓのＹＡＧレーザ（波
長λ−１０６４ｎｍ）を用いた。The pulse laser energy calibration method of the present invention will be explained based on specific examples. Ameridium is used as a radioisotope for calibration (the energy of α ray is 5.5 MeV).
A 5i PIN diode was used as the photodiode, and a YAG laser (wavelength λ-1064 nm) with a pulse width of 35 ps was used as the pulsed laser light source.
まず、α線照射によるホトダイオードの出力最大電圧を
測定した結果、１６ ｍＶが得られた。ここで、アメリ
ジュームから放出するα線のＬＥＴは、Ｓｉに対しては
０．５８ＭｅＶバ［Ｉ１ｇ／ｃ＋ｎ２）である。ついで
、ＤＵＴ４の位置にホトダイオードを置き、種々の透過
率を有する減衰フィルタをレーザ光路に挿入し、ホトダ
イオードの出力最大電圧のレーザエネルギー依存性を測
定する。ＤＵＴ４の上のパルスレーザ光のエネルギーは
、あらかじめジュールメータで測定しておく。両者の結
果を第２図に示すように、パルスレーザ光の８力最大電
圧は、レーザエネルギーに比例していることがわかる。First, as a result of measuring the maximum output voltage of the photodiode due to α-ray irradiation, 16 mV was obtained. Here, the LET of α rays emitted from ameridium is 0.58 MeV [I1g/c+n2) for Si. Next, a photodiode is placed at the position of the DUT 4, attenuation filters having various transmittances are inserted into the laser optical path, and the dependence of the maximum output voltage of the photodiode on laser energy is measured. The energy of the pulsed laser beam on the DUT 4 is measured in advance with a joule meter. As both results are shown in FIG. 2, it can be seen that the 8-force maximum voltage of the pulsed laser beam is proportional to the laser energy.
第２図において、レーザによるホトダイオードのエネル
ギー依存性を示す直線をα線のＬＥＴ値を示す点まで平
行移動する。このようにして得られた校正直線（破線）
から、ＤＵＴ４の上でホトダイオードの出力最大電圧を
測定することによって、レーザ光がＳｉに与えるＬＥＴ
を簡単に求めることができる。In FIG. 2, the straight line showing the energy dependence of the photodiode due to the laser is translated to the point showing the LET value of the alpha ray. Calibration line (dashed line) obtained in this way
By measuring the maximum output voltage of the photodiode on DUT4, we can determine the LET that the laser beam gives to Si.
can be easily found.
なおレーザ光をビーム分割器で２分し、一方をＤＵＴに
、他方をホトダイオードに照射することによって、ＤＵ
Ｔ上のＬＥＴを、ＤＵＴへのパルスレーザ光の照射と同
時に校正することも可能である。Note that by splitting the laser beam into two parts using a beam splitter and irradiating one side to the DUT and the other to the photodiode, the DU
It is also possible to calibrate the LET on T at the same time as irradiating the DUT with pulsed laser light.
（発明の効果）
以上、説明したように、本発明のパルスレーザのエネル
ギー校正方法およびその校正装置は、α線およびパルス
レーザ照射によるホトダイオードの出力電圧を測定して
得た相関関係と既知のα線のＬＥＴから、パルスレーザ
光のＬＥＴ校正を可能とするものである。(Effects of the Invention) As explained above, the pulsed laser energy calibration method and its calibration device of the present invention can be applied to This makes it possible to calibrate the LET of pulsed laser light from the LET of the line.
第１図は本発明のパルスレーザエネルギー校正装置の一
実施例の構成図、
第２図はα線のＬＥＴとホトダイオードの最大電圧およ
びパルスレーザ光によるホトダイオードの最大電圧のエ
ネルギー依存性を示す図である。
１・・・パルスレーザ光源 ２・・・減衰フィルタ３・
・・レンズ
４・・・ＤＵＴ （被測定試料）
５・・・ジュールメータ ６・・・放射性同位元素７
・・・ホトダイオード ８・・・高速波形観測装置９
・・・ＣＰＵ
第１図Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the pulsed laser energy calibration device of the present invention, and Fig. 2 is a diagram showing the maximum voltage of the α-ray LET and photodiode, and the energy dependence of the maximum voltage of the photodiode due to pulsed laser light. be. 1... Pulse laser light source 2... Attenuation filter 3.
...Lens 4...DUT (sample to be measured) 5...Joule meter 6...Radioisotope 7
... Photodiode 8 ... High-speed waveform observation device 9
...CPU Figure 1
Claims (1)
ギー付与（ＬＥＴ：ＬｉｎｅａｒＥｎｅｒｇｙＴｒａｎ
ｓｆｅｒ）測定方法に関し、ジュールメータとホトダイ
オードにパルスレーザ光を照射し、ジュールメータでパ
ルスレーザ光のエネルギーを測定し、ホトダイオードで
その出力電圧を測定し、レーザエネルギーとホトダイオ
ードの出力電圧との相関関係を求め、照射エネルギーお
よびＬＥＴが既知のα線を照射した時のホトダイオード
の出力電圧値と前記の相関関係とから校正直線を求める
ことにより、パルスレーザのＬＥＴを決定することを特
徴とするパルスレーザのエネルギー校正方法。 ２、パルスレーザ光源と減衰フィルタとレンズおよびＤ
ＵＴとから構成されたレーザ光学系と、可動式のジュー
ルメータおよびホトダイオードと、高速波形観測装置お
よびα線源とからなり、α線によりホトダイオードの出
力電圧を測定する時には、ホトダイオードにα線を照射
し、パルスレーザ光のジュールメータによりエネルギー
を測定する時およびホトダイオードにより出力電圧を測
定する時には、それぞれジュールメータとホトダイオー
ドをＤＵＴ位置に移動することを特徴とするパルスレー
ザエネルギー校正装置。[Claims] 1. Energy imparted to a substance with each pulse of pulsed laser light (LET: Linear Energy Tran)
sfer) Regarding the measurement method, a joule meter and a photodiode are irradiated with pulsed laser light, the joule meter measures the energy of the pulsed laser light, the photodiode measures its output voltage, and the correlation between the laser energy and the output voltage of the photodiode is determined. A pulsed laser characterized in that the LET of the pulsed laser is determined by determining the calibration line from the output voltage value of the photodiode when irradiating α rays with known irradiation energy and LET and the above correlation. energy calibration method. 2. Pulse laser light source, attenuation filter, lens and D
It consists of a laser optical system consisting of a UT, a movable joule meter and a photodiode, a high-speed waveform observation device, and an α-ray source.When measuring the output voltage of the photodiode using α-rays, the photodiode is irradiated with α-rays. A pulsed laser energy calibration device characterized in that the joulemeter and the photodiode are respectively moved to the DUT position when measuring the energy of the pulsed laser beam with a joulemeter and when measuring the output voltage with a photodiode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20526290A JPH0493626A (en) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | Calibration method for pulse laser beam energy and calibration device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0493626A true JPH0493626A (en) | 1992-03-26 |
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ID=16504070
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0493626A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103884926A (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-25 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | Pulse laser equivalent LET calculation method |
| JP2017506333A (en) * | 2014-01-24 | 2017-03-02 | チュビタック （ターキー ビリムセル ヴィ テクノロジク アラスティルマ クルム）Ｔｕｂｉｔａｋ （Ｔｕｒｋｉｙｅ Ｂｉｌｉｍｓｅｌ Ｖｅ Ｔｅｋｎｏｌｏｊｉｋ Ａｒａｓｔｉｒｍａ Ｋｕｒｕｍｕ） | Calibration system that can be tracked to a fiber-coupled integrating sphere laser energy meter and primary level standards |
-
1990
- 1990-08-03 JP JP20526290A patent/JPH0493626A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103884926A (en) * | 2012-12-21 | 2014-06-25 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | Pulse laser equivalent LET calculation method |
| CN103884926B (en) * | 2012-12-21 | 2016-12-28 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | A kind of pulse laser equivalence LET computational methods |
| JP2017506333A (en) * | 2014-01-24 | 2017-03-02 | チュビタック （ターキー ビリムセル ヴィ テクノロジク アラスティルマ クルム）Ｔｕｂｉｔａｋ （Ｔｕｒｋｉｙｅ Ｂｉｌｉｍｓｅｌ Ｖｅ Ｔｅｋｎｏｌｏｊｉｋ Ａｒａｓｔｉｒｍａ Ｋｕｒｕｍｕ） | Calibration system that can be tracked to a fiber-coupled integrating sphere laser energy meter and primary level standards |
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