[发明专利]一种基于脉冲激光的模拟电路单粒子瞬态等效方法

说明书

一种基于脉冲激光的模拟电路单粒子瞬态等效方法，基于模拟电路单粒子损伤机制，即重离子和激光入射半导体材料的能量沉积、电荷产生的物理过程，充分考虑电荷收集深度、双光子吸收、参杂浓度等因素的影响，建立了基于有效电荷收集深度内产生等量电荷的等效依据。具有关键信息覆盖全面、精度高、易执行的特点。

技术领域

本发明涉及脉冲激光的模拟电路技术领域，特别涉及一种基于脉冲激光的模拟电路单粒子瞬态等效方法。

背景技术

基于表面LET近似的等效方法能够建立COMS数字电路重离子-激光单粒子效应试验条件的等效关系。但是，模拟电路在结构上与数字电路相比存在很大差异，使用激光模拟重离子造成的SET时，存在特殊且更复杂的技术问题。现有技术对于模拟电路而言存在很大误差，如图1所示，尤其是Bipolar工艺的模拟电路，还不能满足工程应用的要求，存在的主要缺点如下：1)考虑模拟电路敏感体积尺寸大、有效电荷收集深度长的特点，必须将有效电荷收集深度内产生的电荷量作为等效依据，采用表面LET的等效方法必然带来很大误差；2)波长为590nm、789nm的短波激光透射深度较浅，不能在较深的敏感体积内沉积能量，必须采用波长更长的激光才能满足透射深度的要求；3)长波激光必须具有更高的激光强度才能与重离子等效，在高强度的激光条件下，必须考虑双光子吸收(TPA)对“等效LET-透射深度”关系的影响，适用于CMOS数字电路的等效技术不存在这样的问题，也不能解决这一特殊问题；4)激光在半导体材料中的吸收系数受掺杂浓度影响，对于590nm、789nm短波激光而言，吸收系数受掺杂浓度的影响较小，结合CMOS数字电路敏感体积很薄的特点可以忽略不计，对于波长更长的激光而言，吸收系数受掺杂浓度的影响非常显著，适用于CMOS数字电路的等效技术尚未考虑掺杂浓度的影响。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于脉冲激光的模拟电路单粒子瞬态等效方法，具有关键信息覆盖全面、精度高、易执行的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于脉冲激光的模拟电路单粒子瞬态等效方法，包括以下步骤；

a、获取器件参数，钝化层、有源区、埋氧层、衬底结构的尺寸、掺杂分布通过标准半导体工艺库查询、器件解剖及组分分析的方式获取，激光在钝化层中的透射系数、敏感体积材料中的吸收系数通过公开文献查询的方式获取；

b、结合单粒子效应中的电荷收集机制，确定器件中单粒子敏感体积的位置和尺寸，并确定有效电荷收集深度；

c、建立激光传输模型，确定激光波长、光斑尺寸、激光能量试验条件，获得激光等效LET与激光透射深度关系，通过SRIM或GEANT4开源软件计算重离子在不同透射深度下的LET值；

d、基于重离子电离、激光光电效应的物理机制，进一步获得沿重离子径迹、激光传输路径产生的电荷数量；

e、采用有效电荷收集深度下产生等量电荷的原则，基于器件模型、重离子LET与射程的关系，计算重离子在有效电荷收集深度下产生的电荷数量；

f、基于重离子在有效电荷收集深度下产生的电荷数量，通过器件模型中敏感体积的尺寸、重离子LET-射程、激光等效LET-透射深度的匹配关系，获得特定激光波长、光斑尺寸条件下激光能量，即与重离子等效的激光试验条件。

所述步骤c具体为：

当激光入射Si时，激光强度I(z)沿轴向距离z的衰减可表示为，

I₀是入射激光强度；E_laser为激光能量；S为激光束斑面积；τ为激光持续时间；α、β为SPA、TPA吸收系数。同时激光强度I(z，r)沿径向距离r的衰减可表示为，