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基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法
【专利摘要】基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法，涉及电子【技术领域】。它是为了解决低剂量率增强试验的测试时间长，导致过剩基极电流和电流增益产生较大的影响的问题。本发明的低剂量率增强效应加速试验方法步骤简单，易于操作。本发明的低剂量率增强效应加速试验方法步骤简单，易于操作。本发明所提出的技术途径能够大幅度降低低剂量率增强效应试验的时间与费用，同比降低了15%以上，也可为优化双极晶体管和电路抗辐照性能提供必要依据，减小过剩基极电流和电流增益产生的影响，同比减小了15%，对电子元器件的低剂量率增强效应测试和研究具有重大的意义。本发明适用于电子【技术领域】。
【专利说明】基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在电离辐射环境中，双极型器件及电路在低剂量率辐照下受到的辐射损伤，要比在高剂量率条件下大得多，这就是所谓的低剂量率辐射损伤增强效应(ELDRS)。电子元器件在空间环境服役期间普遍存在着ELDRS效应，这给电子元器件的抗辐射能力地面辐照模拟实验测试评估方法带来了巨大挑战。如果采用实际空间环境的典型剂量率(10_4?10-2rad(Si)/s)对电子元器件进行抗辐射能力评估，辐照实验耗时长、费用高。然而，目前地面实验室实际所采用的主要是根据美军标的大剂量率50?300rad(Si)/s的辐照标准，由于ELDRS效应的存在，这意味着采用这种高剂量率测试方法得到的器件抗辐照水平与在卫星、航天器等低剂量率辐照环境下使用的电子元器件实际的抗辐射能力严重不符，从而给卫星、航天器等电子系统的可靠性带来极大隐患。因此，找到一种耗时短、成本低且会产生与低剂量率辐照条件下相同的物理机制的双极型器件ELDRS效应的加速评估方法具有重要意义。另一方面，由于空间用电子元器件在使用时必须对其施加偏置，偏置条件对电子器件的ELDRS效应有着显著的影响。

【发明内容】

[0003]本发明是为了解决低剂量率增强试验的测试时间长，导致过剩基极电流和电流增益产生较大的影响的问题，从而提供了基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法。
[0004]基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法，该方法的具体步骤为:
[0005]步骤一:首先选用待实验的双极型器件采用低剂量率进行辐照，低剂量率为
0.001rad/s-0.lrad/s，辐照温度为_200°C?+50°C，当低剂量率辐照的剂量累计到低剂量率辐照总剂量的1/10至1/5时停止辐照，并记录该器件的性能变化曲线；
[0006]步骤二:另选择待实验的同一类型的双极型器件，先采用高剂量率辐照，所述高剂量率为lrad/s?1000rad/S，辐照温度为0°C?100°C之间；当高剂量辐照所产生的性能变化达到步骤一所述的性能变化的50%-80%，转换到低剂量率对双极型器件继续进行辐照；剂量率、辐照剂量和辐照温度与步骤一所述相同；
[0007]步骤三:重复步骤二多次，直至器件在低剂量率辐照条件下的剂量累积到试验所要求的低剂量率辐照总剂量；高剂量率辐照转换为低剂量率辐照的转换节点为器件性能变化达到上一次低剂量率辐照的性能变化的50%?80% ;每次低剂量率辐照剂量大于或等于I X 104rad,低剂量率的辐照总剂量为I X 105rad?I X 106rad ;每次高剂量率辐照剂量大于或等于I X 105rad,高剂量率的辐照总剂量为I X 106rad?I X 107rad ;试验完毕后，记录辐照过程中器件敏感性能参数的变化，确定双极型器件辐照损伤退化程度。[0008]基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法，其特征在于:
[0009]步骤一:首先采用低剂量率对双极型器件进行辐照，所述低剂量率为0.0Olrad/s?0.lrad/s,福照温度为室温；
[0010]步骤二:当低剂量率辐照的剂量大于或等于lX104rad后，转换到高剂量率对双极型器件继续进行辐照，所述高剂量率为lrad/s?lOOOrad/s，在高剂量率辐照时，温度低于-100度，当高剂量率到达总剂量1/10到1/5时，将器件温度升高至100度并保持5分钟?10分钟；再转换到低剂量率对双极型器件继续进行辐照，辐照的温度为室温；
[0011]步骤三:重复步骤一和步骤二多次，直至器件的性能变化量达到原始性能的80%以上，低剂量率辐照时剂量大于或等于I X 104rad,辐照总剂量为I X 105rad?I X 106rad,记录辐照过程中双极型器件敏感性能参数的变化，确定双极型器件辐照损伤退化程度，重构低剂量率敏感性能参数的曲线。
[0012]本发明的有益效果是:本发明的低剂量率增强效应加速试验方法步骤简单，易于操作。本发明所提出的技术途径能够大幅度降低低剂量率增强效应试验的时间与费用，同比降低了 15%以上，也可为优化双极晶体管和电路抗辐照性能提供必要依据，减小过剩基极电流和电流增益产生的影响，同比减小了 15%，对电子元器件的低剂量率增强效应测试和研究具有重大的意义。在双极型器件低剂量率增强效应研究与抗辐照加固技术应用中，有着明显的优势和广泛的应用前景。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1为【具体实施方式】一的基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法的流程示意图；
[0014]图2为【具体实施方式】二的基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法的流程示意图；
[0015]图3为【具体实施方式】一的获得总剂量与性能退化之间的关系示意图；
[0016]图4为【具体实施方式】二的获得辐照剂量与电流增益变化量的关系示意图；
[0017]图5为不同剂量率条件下的双极型器件正向输入电流的变化结果仿真示意图；
[0018]图6为通过加速试验方法处理后的试验结果曲线仿真示意图；
[0019]图7为通过低温条件下方法处理后的试验结果曲线仿真示意图。
【具体实施方式】
[0020]【具体实施方式】一:下面结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述的基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法，该方法的具体步骤为:
[0021]步骤一:首先选用待实验的双极型器件采用低剂量率进行辐照，低剂量率为
0.001rad/s-0.lrad/s，辐照温度为_200°C?+50°C，当低剂量率辐照的剂量累计到低剂量率辐照总剂量的1/10至1/5时停止辐照，并记录该器件的性能变化曲线；
[0022]步骤二:另选择待实验的同一类型的双极型器件，先采用高剂量率辐照，所述高剂量率为lrad/s?1000rad/S，辐照温度为0°C?100°C之间；当高剂量辐照所产生的性能变化达到步骤一所述的性能变化的50%-80%，转换到低剂量率对双极型器件继续进行辐照；剂量率、辐照剂量和辐照温度与步骤一所述相同；[0023]步骤三:重复步骤二多次，直至器件在低剂量率辐照条件下的剂量累积到试验所要求的低剂量率辐照总剂量；高剂量率辐照转换为低剂量率辐照的转换节点为器件性能变化达到上一次低剂量率辐照的性能变化的50%?80% ;每次低剂量率辐照剂量大于或等于
IX 104rad,低剂量率的辐照总剂量为I X 105rad?I X 106rad ;每次高剂量率辐照剂量大于或等于I X 105rad,高剂量率的辐照总剂量为I X 106rad?I X 107rad ;试验完毕后，记录辐照过程中器件敏感性能参数的变化，确定双极型器件辐照损伤退化程度。
[0024]【具体实施方式】二:下面结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式所述的基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法，该方法的具体步骤为:
[0025]步骤一:首先采用低剂量率对双极型器件进行辐照，所述低剂量率为0.0Olrad/s?0.lrad/s,福照温度为室温；
[0026]步骤二:当低剂量率辐照的剂量大于或等于lX104rad后，转换到高剂量率对双极型器件继续进行辐照，所述高剂量率为lrad/s?lOOOrad/s，在高剂量率辐照时，温度低于-100度，当高剂量率到达总剂量1/10到1/5时，将器件温度升高至100度并保持5分钟?10分钟；再转换到低剂量率对双极型器件继续进行辐照，辐照的温度为室温；
[0027]步骤三:重复步骤一和步骤二多次，直至器件的性能变化量达到原始性能的80%以上，低剂量率辐照时剂量大于或等于I X 104rad,辐照总剂量为I X 105rad?I X 106rad,记录辐照过程中双极型器件敏感性能参数的变化，确定双极型器件辐照损伤退化程度，重构低剂量率敏感性能参数的曲线。
[0028]【具体实施方式】三:本实施方式对【具体实施方式】一或二所述的基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法作进一步限定，本实施方式中，辐照源选择6tlCo Y射线。
[0029]【具体实施方式】四:本实施方式对【具体实施方式】一或二所述的基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法作进一步限定，本实施方式中，敏感性能参数包括双极型分立器件的电流增益、漏电流参数和双极型电路的输入失调电压Vio、输入偏置电流lbs、共模抑制比CMRR、开环电压增益AvoL。
[0030]【具体实施方式】五:本实施方式对【具体实施方式】一或二所述的基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法作进一步限定，本实施方式中，所选双极型电路的型号为LM741。
[0031]低剂量率增强效应所产生的辐射损伤是以正氧化物电荷与界面态为主，这两类缺陷会对器件的过剩基极电流和电流增益产生较大的影响，导致器件发生性能退化。高剂量率辐照会在器件的氧化物层中形成电荷区阻碍电离辐射缺陷的产生与传输，通过本方法，可以避免器件的钝化层内部产生电荷区，大大提升电离辐射缺陷的密度以及氧化物电荷及界面态的产生速度，进而缩短低剂量率增强试验的测试时间，达到用高剂量率辐照实验来实现低剂量率增强效应加速试验的目的。
[0032]此外，在低温条件下，由于电子的移动速度减慢，可使双极器件氧化层内所产生的电子空穴对移动减慢，可以有效抑制氧化层内电荷区的产生，使其大大提升电离辐射缺陷的密度以及氧化物电荷及界面态的产生速度，进而缩短低剂量率增强试验的测试时间，也可实现采用高剂量率辐照试验模拟低剂量率增强效应加速试验的目的。为了验证本方法的有效性，采用不同剂量率条件下的Co60辐照源，其中低剂量率为0.001rad/s-0.lrad/s，高剂量率为Irad/s-lOOOrad/s，测试样品为LM741型双极型器件。图5为不同剂量率条件下的双极型器件正向输入电流的变化结果，图6为通过本加速试验方法处理后的试验结果曲线。图7为通过低温条件下方法处理后的试验结果曲线。如图所示，采用本方法中的两类技术的试验结果与直接采用低剂量率进行试验的结果吻合良好。
【权利要求】
1.基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法，其特征在于:该方法的具体步骤为: 步骤一:首先选用待实验的双极型器件采用低剂量率进行辐照，低剂量率为0.001rad/s-0.lrad/s，辐照温度为-200°C?+50°C，当低剂量率辐照的剂量累计到低剂量率辐照总剂量的1/10至1/5时停止辐照，并记录该器件的性能变化曲线； 步骤二:另选择待实验的同一类型的双极型器件，先采用高剂量率辐照，所述高剂量率为lrad/s?1000rad/S，辐照温度为0°C?100°C之间；当高剂量辐照所产生的性能变化达到步骤一所述的性能变化的50%-80%，转换到低剂量率对双极型器件继续进行辐照；剂量率、辐照剂量和辐照温度与步骤一所述相同； 步骤三:重复步骤二多次，直至器件在低剂量率辐照条件下的剂量累积到试验所要求的低剂量率辐照总剂量；高剂量率辐照转换为低剂量率辐照的转换节点为器件性能变化达到上一次低剂量率辐照的性能变化的50%?80% ;每次低剂量率辐照剂量大于或等于I X 104rad,低剂量率的辐照总剂量为I X 105rad?I X 106rad ;每次高剂量率辐照剂量大于或等于I X 105rad,高剂量率的辐照总剂量为I X 106rad?I X 107rad ;试验完毕后，记录辐照过程中器件敏感性能参数的变化，确定双极型器件辐照损伤退化程度。
2.基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法，其特征在于:该方法的具体步骤为: 步骤一:首先采用低剂量率对双极型器件进行辐照，所述低剂量率为0.001rad/s?0.lrad/s,福照温度为室温； 步骤二:当低剂量率辐照的剂量大于或等于IX 104rad后，转换到高剂量率对双极型器件继续进行辐照，所述高剂量率为lrad/s?lOOOrad/s，在高剂量率辐照时，温度低于-100度，当高剂量率到达总剂量1/10到1/5时，将器件温度升高至100度并保持5分钟?10分钟；再转换到低剂量率对双极型器件继续进行辐照，辐照的温度为室温； 步骤三:重复步骤一和步骤二多次，直至器件的性能变化量达到原始性能的80%以上，低剂量率福照时剂量大于或等于I X 104rad,福照总剂量为I X 105rad?I X 106rad,记录福照过程中双极型器件敏感性能参数的变化，确定双极型器件辐照损伤退化程度，重构低剂量率敏感性能参数的曲线。
3.根据权利要求1或2所述的基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法，其特征在于:辐照源选择6tlCo Y射线。
4.根据权利要求1或2所述的基于改变温度及剂量率的加速实验ELDRS效应的方法，其特征在于:敏感性能参数包括双极型分立器件的电流增益、漏电流参数和双极型电路的输入失调电压Vio、输入偏置电流lbs、共模抑制比CMRR、开环电压增益AvoL。
5.根据权利要求1或2所述的基于改变温度及剂量率的低剂量率增强效应加速实验方法，其特征在于:所选双极型电路的型号为LM741。
【文档编号】G01R31/00GK103884945SQ201410136016
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】李兴冀, 杨剑群, 刘超铭, 肖景东, 马国亮, 何世禹, 杨德庄 申请人:哈尔滨工业大学