СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Российский патент 2002 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к способам испытаний полупроводниковых приборов на устойчивость к воздействию таких внешних дестабилизирующих факторов, как радиационные излучения и длительные повышенные температуры.

Известен способ определения устойчивости полупроводниковых приборов к воздействию внешних дестабилизирующих факторов, заключающийся в воздействии различных факторов на различные партии приборов [1] . При этом основным дестабилизирующим фактором космического пространства являются протоны, а основным дестабилизирующим фактором ядерных воздействий - гамма-нейтронное излучение. Недостатком указанного способа моделирования является несоответствие его реальным условиям функционирования аппаратуры, где на одни и те же приборы могут воздействовать различные дестабилизирующие факторы. Кроме того, исследование воздействий всех дестабилизирующих факторов - очень длительный и трудоемкий процесс.

Другие известные способы испытаний для сокращения их продолжительности и стоимости предлагают вместо длительной выдержки (около 3000 часов) при повышенных температурах (55-85)^oС температурах, имитирующей длительную работу приборов в аппаратуре, проводить облучение приборов гамма-нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ уровня 10¹² у. е. и выдержать приборы при повышенной температуре в течение 100 часов [2] , а также многие способы предлагают вместо протонного излучения облучать приборы нейтронным излучением. [3, 4] . Однако в этих способах испытаний описываются способы испытаний на устойчивость к одному дестабилизирующему фактору и не оговаривается, что в любой момент времени аппаратура может подвергаться воздействию нескольких дестабилизирующих факторов.

Целью настоящего изобретения является наиболее адекватное отражение при испытаниях реальных условий функционирования аппаратуры с учетом основных дестабилизирующих факторов, к которым наиболее чувствительны полупроводниковые приборы. Такой подход обеспечивает повышение достоверности испытаний, сокращение их продолжительности и уменьшение стоимости испытаний.

Указанная цель достигается тем, что при испытаниях на устойчивость к воздействию дестабилизирующих факторов осуществляется: облучение гамма-нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ заданного уровня, затем облучение гамма- нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ уровня 10¹² у. е. и выдержка при повышенной температуре (40-135)^oС в течение (10-150) часов, затем облучение гамма-нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ уровня, соответствующего протонному излучению, определенного по коэффициентам пересчета.

Облучение гамма-нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ заданного уровня моделирует воздействие основного дестабилизирующего фактора ядерного взрыва - гамма-нейтронного излучения. Конкретный уровень этого воздействия задается индивидуально, в зависимости от типа аппаратуры и условий ее функционирования.

Облучение гамма-нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ уровня 10¹² у. е. и выдержка при повышенной температуре (40-135)^oС в течение (10-150) часов моделирует длительную работу приборов в аппаратуре (до 150 000 часов) возможно при повышенных температурах.

Облучение гамма-нейтронным импульсом со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ уровня, являющегося эквивалентом протонному излучению, моделирует воздействие основного дестабилизирующего фактора космического пространства - протонного излучения. Конкретный уровень этого воздействия определяется в зависимости от типа приборов и условий их функционирования, а конкретные значения коэффициентов пересчета зависят от энергии протонов и конструктивных особенностей приборов.

Предложенная последовательность испытаний наиболее адекватно отражает реальные условия функционирования аппаратуры и наиболее достоверно отражает процессы дефектообразования в полупроводниковой структуре при воздействии вышеописанных дестабилизирующих факторов.

Предлагаемый способ был применен при исследовании устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов фотодиодов.

В качестве параметров - критериев годности фотодиодов выбраны:
Iт при U= 3В - темновой ток
Si - интегральная чувствительность к источнику типа "А"
Все параметры измерялись перед началом работы и после каждого воздействия.

Для определения устойчивости приборов к комплексному воздействию дестабилизирующих факторов все фотодиоды разделены на две идентичные партии.

Одна партия фотодиодов подвергалась воздействию импульсного гамма-нейтронного излучения со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ уровней в диапазоне (5•10¹⁰-5•10¹⁴) у. е. , что соответствует возможным задаваемым уровням гамма-нейтроного воздействия; затем импульсному гамма-нейтронному излучению со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ уровня 10¹² у. е. и выдержке при температурах в диапазоне Т= (40-135)^oС в течение (10-150) часов, что имитирует длительную работу при повышенных температурах; затем приборы снова подвергаются воздействию гамма-нейтронного импульсного излучения со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ уровней в диапазоне (5•10¹⁰-5•10¹⁴) у. е. , что соответствует возможным задаваемым уровням протонного воздействия.

Вторая партия фотодиодов подвергнута воздействию гамма-нейтронного импульсного излучения со средней энергией нейтронов (1,0-3,0) МэВ уровней в диапазоне (5•10¹⁰-5•10¹⁴) у. е. ; затем воздействию в течение 3000 часов температур 85^oС; затем протонному излучению уровней в диапазоне (1•10⁹-5•10¹⁴) у. е. ; согласно известным, описанным выше способам имитации воздействия дестабилизирующих факторов на полупроводниковые приборы.

Предлагаемый новый способ испытаний возможно предложить благодаря одинаковому изменению параметров фотодиодов обеих партий после воздействия всех перечисленных дестабилизирующих факторов.

Так как механизмы дефектообразования в фотодиодах идентичны механизмам дефектообразования в других полупроводниковых приборах, то данный способ можно применять и при испытаниях других полупроводниковых приборов.

Таким образом, новый предлагаемый способ позволяет моделировать радиационные воздействия ядерного взрыва, космического пространства и длительные сроки функционирования аппаратуры при повышенных температурах путем облучения приборов на одной и той же моделирующей установке излучением различных уровней в определенной последовательности и выдержкой при повышенных температурах, что является наиболее достоверным, рациональным и экономичным способом моделирования воздействия дестабилизирующих факторов.

Литература
1. Заитов Ф. А, Литвинова Н. М. , Савицкий В. Г. , Средин В. Г. Радиационная стойкость в оптоэлектронике. М. : Воениздат, 1987.

2. RU 2138058 20.09.1999.

3. Tokuda Y. , Usami A. Comparisons of neutron and 2-MeV proton in n-type silicon by deep level transient spectroscopy. // IEEE Trans. Nucl. Sci. - 1981, vol. NS-28, N3, P. 3564-3568.

4. Chaudhai P. , Bhoroskar S. V. , Padgavkar J. , Bhoraskar V. N. Comparison of defect producted by 14-MeV neutron and 1-MeV electrons in n-type silicon. // J. Appl. Phis. -1991, vol. 70(3), P. 1261-1263.

Предлагаемый способ относится к способам испытаний полупроводниковых приборов на стойкость к воздействию внешних дестабилизирующих факторов. В предлагаемом способе устойчивость к воздействию внешних дестабилизирующих факторов определяется по результатам следующих воздействий: гамма-нейтронное импульсное излучение со средней энергией нейтронов 1,0-3,0 МэВ заданного уровня, гамма-нейтронное импульсное излучение со средней энергией нейтронов 1,0-3,0 МэВ уровня 10¹² у. е. и выдержка при повышенной температуре 40-135^oС в течение 10-150 ч, гамма-нейтронное импульсное излучение со средней энергией нейтронов 1,0-3,0 МэВ уровня, соответствующего протонному излучению. Техническим результатом предложенного способа является повышение достоверности результатов испытаний, уменьшение их трудоемкости, сокращение продолжительности и, как следствие, уменьшение стоимости. Технический результат достигается за счет того, что моделирование различных радиационных воздействий и длительных сроков функционирования аппаратуры производится с использованием одной установки, создающей гамма-нейтронное импульсное излучение со средней энергией нейтронов 1,0-3,0 МэВ и температурного воздействия. Поэтому заявляемый способ является наиболее рациональным и экономичным. Повышение достоверности при использовании способа достигается из-за учета того факта, что различные дестабилизирующие факторы в реальных условиях воздействуют на одни и те же приборы.

Способ испытаний полупроводниковых приборов на устойчивость к воздействию внешних дестабилизирующих факторов, включающий воздействие гамма-нейтронного импульсного облучения, температурное воздействие и измерение параметров до и после каждого воздействия, отличающийся тем, что устойчивость к воздействию внешних дестабилизирующих факторов определяется по результатам испытаний воздействия следующих факторов в последовательности: гамма-нейтронное импульсное излучение со средней энергией нейтронов заданного уровня, гамма-нейтронное импульсное излучение со средней энергией нейтронов уровня 10¹² условных единиц и выдержка при 40-135^oС в течение 10-150 ч, гамма-нейтронное импульсное излучение со средней энергией нейтронов уровня, эквивалентного заданному протонному воздействию.