mos器件和电路总剂量辐射效应测试技术解析

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1、MOS器件和电路总剂量辐射效应测试技术解析　　摘要辐射是指线同物质之间的相互作用，文章对各种模拟源辐射环境的测量方法进行了分析，介绍了测试MOS器件及电路的总剂量辐射效应的技术，围绕实验进行讨论。关键词模拟辐射源；阀值电压；总剂量；MOS器件；辐射效应中图分类号：TN406文献标识码：A文章编号：1671-7597（2013）12-0050-016在战略武器抗核爆辐射环境以及卫星抗空间辐射环境的需求下，提出了总剂量辐射效应概念，研究、分析总剂量效应可提高器件以及电路的使用寿命。在电子系统以及半导

2、体器件中，核爆所产生的x射线和γ射线会产生总剂量辐射效应。而卫星工作的空间环境下，也存在着质子、电子等低剂量率的总剂量辐射，这些不断积累的总剂量从很大程度上缩短了卫生的使用寿命，导致卫星无法正常工作，器件失效，使器件的性能参数等发生蜕变等。电子系统中，采用了大量的MOS期间以及电路，为了能够有效避免总剂量辐射效应所带来的影响，有必要研究MOS场效应晶体管电力辐射产生的一些辐射效应。在MOS器件的氧化层内，沉积大量的电力辐射能量，出现电子空穴，在外加电场作用下原子间的断裂，一部分载流子产生了复合作

3、用。电子以极快的速度向正电极移动，一部分电子被空穴俘获，最终能够形成氧化层陷阱电荷。在对于MOS管的电性能影响上，界面态电荷与氧化层电荷所不同，界面态电荷决定于受主型界面态还是施主型界面态。而氧化层电荷使MOS晶体管的曲线负向漂移，并降低了阀值电压。1MOS器件总剂量辐射效应的测试1.1总剂量效应模拟源总剂量效应的模拟源应分别从四个方面来看：质子源、电子源、x射线源、γ射线源。1.1.1质子源我国的质子源束斑较小，且质子源的能量在30MeV以下，无法对大批量器件同时进行效应试验。质子加速区为主要

4、的模拟源，比较便于进行单能质子总剂量效应，还能够获得单一能量的质子束。1.1.2电子源电子源通常用于退火效应的研究，高剂量率模拟源主要为电子加速器。1.1.3x射线源6x射线剂量测量有一定的难度，它只能够对单个器件开展效应试验，因为其射线源束斑较小。可以连续对x射线管的能量进行调节，对核爆环境下器件的总剂量效应进行模拟。1.1.4γ射线源在研究γ总剂量效应时，主要研究的是稳态辐射源，即60Co源，不管是空间高剂量率还是空间低剂量率，都能够进行模拟。60Co的射线具有2个能量，分别为1.33MeV

5、和1.17MeV，5.27年为60Co的半衰期。在高剂量率辐照下，进行总剂量试验时，无需修正剂量率，可将60Co源作为恒定的辐射源，在空间低剂量率的环境下，进行总剂量效应的模拟试验时，必须要修正剂量率。修正时，可对比计算结果与测量结果。我们从辐射场的辐射剂量测量、均匀性以及试验的方便性来看，60Co源不仅可以对器件进行大批量的效应试验，而且剂量测量精确，其为最常见的总剂量效应模拟源。而且，在实施的试验中的使用也较为方便。1.2测试方法1.2.1辐照试验6进行总剂量效应测试时，要对辐射环境以及电子

6、元器件的辐射敏感参数二者进行测量。测量。其测试系统有：主要有圆筒、金硅面垒探测器、热释光剂量仪来监测辐射环境；由半导体参数测试仪、信号传输装置、矩阵开关、取样电路、辐照器件等组成了器件辐射敏感参数测试系统。为了对器件的总剂量效应在工作状态下进行模拟，则器件要在不同的偏压条件下进行辐射试验，这样就能够更加准确的对器件的抗辐射性能进行评估。进行效应机理试验时，剂量点应该尽可能的多选，有助于对辐射过程中的效应变化进行深入的分析。1.2.2提取辐射敏感参数对于不同的MOS电路而言，在静态功耗电流的增加以

7、及减小上，可通过对不同曲线的测量来进行辐射敏感参数的提取。目前，已经建立起半导体参数自控测量系统，该系统主要由各种接口、微机、矩阵开关、半导体参数测试仪等组成，实现了对各种MOS器件参数更加快速的进行测量。1.2.3辐射环境测试6在研究辐射效应时，应注意环境测量，器件的电离辐射效应通常与吸收总剂量以及吸收剂量率有着直接的关系，因此，应采用不同的测量系统来测量不同的辐射环境。①质子源，采用金硅面垒探测器或者圆筒来对质子源的剂量场进行测量，该设备无需进行标定，而可直接采用。②x射线源，其剂量较高，x

8、射线源可相应较低的热释光剂量片进行剂量的监测。x射线的能量较低，束斑较小，器件与剂量片无法放置与一处，因此，在试验进行的前后，应分别测量。而实际测量的主要是器件的表面剂量，即环境平衡剂量，而对能量较低的x射线而言，两者差别很大，但对于能量较高的γ射线而言，两者的差别细微。剂量增强效应不仅仅与金属化封装类型、器件的结构有关，而且还与器件的材料、射线的能量有着密切的关系。应特别注意x射线总剂量效应中对剂量的测量，实际吸收剂量的换算应根据器件的结构和x射线的能量来开展。③γ稳态源，60Co辐射源的剂量