[发明专利]电子元器件带电粒子辐照效应地面等效注量计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件的模拟试验方法。

背景技术

空间高能带电粒子会对电子元器件造成各种形式的辐照损伤。辐照效应(总剂量效应)形式主要分为电离效应及位移效应。不同的空间辐照源、轨道环境及器件属性会对不同的辐照效应敏感。如，地球辐射带质子与电子对总剂量效应(包括电离效应与位移效应)都会造成影响；MOS型器件对电离效应敏感，而双极型器件对位移效应敏感。因此，在进行地面模拟试验之前，需要针对不同类型的器件及辐照效应进行分析，得到合适的地面等效模拟试验方法或方式。

目前国内针对电子元器件在地面与空间辐射环境等效模拟试验的等效性方面的研究很少。在刘民东的《K208玻璃基镀膜透镜质子电子辐照效应及机理研究》(哈尔滨工业大学2007年硕士论文)一文中涉及透镜的地面等效方法，但是透镜本身辐照效应性能退化与电子器件差别较大，该方法误差较大且步骤繁琐，并且这种方法不能区分电离和位移效应方法，对电子器件不适用。张庆祥等的文章《移位损伤剂量模型及其应用》，(空间科学学报，2005，25(2)，132-137)中提到了CCD相机位移损伤等效方法，该方法仅针对位移效应，没有考虑器件的结构，尤其是器件的纵向结构尺寸。当选择的地面模拟源能量小或器件纵向结构尺寸较大时，不能保证NIEL为常数，这就和空间情况会差别特别大，应用该方法会带来特别大的误差。并且该方法并不适应于所有电子元器件(MOS型及双极型)。从上述文献分析，说明国内没有对电子元器件空间辐射环境总剂量损伤效应地面等效方法进行研究的公开数据。

国外针对电子元器件辐照效应进行了大量的机理研究工作，研究了辐照源种类(质子、电子、中子、Co-60源等)、通量对电子器件电性能退化规律的影响。但是，对于空间辐射效应(电离效应和位移效应)地面模拟试验等效方法(计算方法)研究较少(见文献[4]-[12])。对于电离效应来说，国际上地面模拟试验大多采用Co-60源，等效方法仅是简单的吸收剂量等效，没有考虑器件敏感区的情况；应用带电粒子研究电离效应损伤时没有看到等效方法方面的研究，尤其对低能的带电粒子。对于位移效应来说，有一些等效方法研究主要针对太阳能电池以及一些双极型器件，该方法主要应用入射粒子初始能量对应的NIEL进行计算，而没有考虑NIEL随器件芯片深度的变化，这样对于地面试验等效来说，尤其是地面低能辐照源带来很大误差。

综上所述，目前国际上针对电子元器件电离效应及位移效应地面模拟试验等效方法均存在着问题和缺点。

发明内容

本发明是要解决现有的电子元器件辐照效应地面模拟试验误差大的技术问题，而提供电子元器件带电粒子辐照效应地面等效注量计算方法。

本发明的电子元器件带电粒子辐照效应地面等效注量计算方法按以下步骤进行：

一、按电子元器件的服役轨道和服役时段，计算电子元器件所受到轨道带电粒子能谱；

二、根据步骤一得到的轨道带电粒子能谱，利用Monte-Carlo方法或GEANT4程序计算经防护层后到达电子元器件表面的在轨电离及位移吸收剂量D1，吸收剂量的单位为rad；

三、确定敏感区厚度，敏感区为MOS(MIS)Si体器件的栅氧区、双极型器件的钝化层和pn结；

四、根据步骤四得到的敏感区厚度，确定所选试验条件下的粒子种类及能量，通过Monte-Carlo方法或GEANT4程序计算敏感区在试验条件下的电离或位移吸收剂量D2；

五、按D1＝D2，计算实验室条件下的等效注量Φ和辐照时间t。

上述步骤三中MOS(MIS)Si体器件的栅氧区、双极型器件的钝化层和pn结的厚度均是器件本身的特性，具体器件的敏感区的厚度为定值；

电子元器件空间辐射效应地面等效试验模拟方法的原理是吸收剂量等效，即地面辐照吸收剂量与器件在轨吸收剂量相等。地面辐照吸收剂量是指辐照源对电子元器件敏感区所造成的吸收剂量。不同类型和能量的辐照源会对电子元器件不同的结构区域造成影响，只有当电子元器件的敏感区吸收剂量与在轨吸收剂量相同时，才是真正意义上的等效。