[发明专利]一种宽禁带半导体器件辐射效应激光模拟系统

说明书

本发明公开了一种宽禁带半导体器件辐射效应激光模拟系统，该系统包括短波长脉冲激光产生与衰减系统、显微成像与能量监测系统、测试与控制系统三个部分。本发明可利用短波长脉冲激光辐照宽禁带半导体器件，在半导体器件中产生电离效应，模拟伽马射线等辐射源作用于半导体器件的辐射电离效应，填补了宽禁带半导体器件的辐射电离效应激光模拟系统的空白，且该系统具有结构紧凑、安全性高等特点，降低了试验成本，提高了试验效率，为有针对性的对宽禁带半导体器件进行抗辐射加固设计提供了有效手段。

技术领域

本发明属于半导体器件辐射效应研究领域，主要涉及一种宽禁带半导体器件辐射效应激光模拟系统。

背景技术

半导体器件的瞬时剂量率辐射效应是指暴露于瞬时的脉冲γ射线辐射下的半导体器件所表现出的电离辐射损伤，其机理是由于瞬时的电离脉冲辐射在半导体材料中激发电子—空穴对，这些光生载流子在被器件收集的过程中将产生瞬时光电流。当辐射剂量率增大到一定程度时，此光电流将可能等于甚至大于电路本身的电流信号，导致电路功能紊乱或失效。因此，深入研究半导体器件的辐射效应的机理和影响并探讨其抗辐射加固技术是研究人员长期以来关注的课题。碳化硅和氮化镓半导体材料具有宽禁带、高击穿场强、高饱和电子漂移速率以及抗辐射能力强等优点，特别适合应用于高频、高功率、抗辐射的功率器件，并且可以在高温恶劣环境下工作。由于具备这些优点，宽禁带半导体功率器件可以明显提高电子信息系统的性能，广泛应用于人造卫星、火箭、雷达、通讯、海洋勘探等重要领域。随着宽禁带半导体材料越来越广泛的应用，对宽禁带半导体器件抗辐射性能的研究也越来越重要。

前期，研究人员主要依靠电子直线电子加速器、各种放射源等大型地面装置开展辐射效应研究。但这些大型地面辐射模拟装置存在如下局限性：辐射测量范围有限、参数调节非常困难、改变辐射种类和能量需要的时间长、对被测器件有损伤、难于精确提供器件在辐射下的精确时间和空间信息、需要严格的辐射屏蔽和保护措施等，难以满足研究人员在设计初期，在实验室中灵活、快捷、安全地对半导体器件辐射效应和工作性能进行研究和验证的需求。由于激光可以在半导体器件内产生同某些辐射效应相近的电学特征，激光模拟辐射电离效应方法应运而生。近二十余年来，得到了国外科研界的推广和认可，在半导体器件辐射效应敏感性测试、抗辐射加固器件的批量筛选以及防护措施验证等方面中证实了其独特优势，可以在很大程度上弥补地面装置模拟方法的不足，具有非常广阔的应用前景。目前国内部分单位建立了针对硅基器件的单粒子效应激光模拟系统，也有单位建立了针对硅基器件的辐射剂量率效应激光模拟系统，但尚无针对宽禁带半导体器件的辐射效应激光模拟系统，不能满足对宽禁带半导体器件的辐射效应激光模拟的需求。

发明内容

针对目前国内目前尚无针对宽禁带半导体器件的辐射效应激光模拟系统的现状，以及其它地面模拟装置的固有限制，本发明提出了一种宽禁带半导体器件辐射效应激光模拟系统，利用光子能量大于宽禁带半导体材料禁带宽度的短波长脉冲激光辐照宽禁带半导体器件，可根据实际需求设定设置波长为210nm或者355nm，利用210nm和355m激光在半导体器件中穿透深度不同的特点定位半导体器件灵敏层，可灵活快捷地在实验室条件下对宽禁带半导体器件辐射剂量率效应进行研究和验证，并且该实验模拟系统具备小型化、集成化的特点。

本发明技术方案如下：

一种宽禁带半导体器件辐射效应激光模拟系统，其特征在于：包括短波长脉冲激光产生与衰减系统、显微成像与能量监测系统、测试与控制系统；

所述短波长脉冲激光产生与衰减系统，用于产生短波长脉冲激光，并对根据实际实验需求对单脉冲激光的能量进行衰减；

所述显微成像与能量监测系统，用于对宽禁带半导体器件测试样品进行成像，并对作用于宽禁带半导体器件测试样品的脉冲激光进行能量测量；

所述测试与控制系统，用于采集并记录宽禁带半导体器件测试样品辐射电离效应的响应电信号。