单粒子效应试验中有效LET值测量方法研究

LET值是地面单粒子效应模拟试验结果中一个重要的参量，其准确性会直接影响到星用器件抗辐射能力评估的准确性。在以往的试验中，由于缺乏测量手段，无法测得离子穿过器件死层后在敏感区内的LET值（即有效LET值），只能采用近似计算值或表面值替代，这给试验结果带来一定误差。本项目将针对SRAM器件，在北京HI-13串列加速器重离子宽束和微束辐照装置上，分别对芯片级宏观的和晶体管级微观的电荷收集机制及基于脉冲高度分析原理的测量方法进行研究。根据离子在星用半导体器件敏感区内（相同区域）有效LET值与能谱峰位道数的近似线性对应关系，实现有效LET值的在线实验测量。并结合数值模拟方法，对单粒子效应模拟试验中离子垂直入射和倾斜入射时的LET值等效性进行研究，掌握离子倾斜入射时有效LET值的计算及修正方法，获取并分析数据，为提高试验数据精确度提供一种新的技术手段，同时为制定我国单粒子效应试验标准奠定基础。

本工作首先利用数值模拟手段，对重离子穿过半导体器件耗尽层时收集电荷量与离子LET值之间的线性关系符合程度以及外加偏压对线性关系的影响进行了研究，结果表明在有外加偏压条件下线性关系符合很好，偏压降低或者无外加偏压时，收集电荷量虽然有所减少，但是线性关系仍然成立。为验证这种线性关系在具体器件中是否成立以及利用该线性关系测量重离子在器件内有效LET值的可行性，针对半导体器件，解决了测量中的干扰及噪声影响问题，建立了基于脉冲幅度分析原理的电荷收集测试系统。首先利用pn结，测量了多种离子的电荷收集谱，对LET值与电荷收集量之间的线性关系符合程度以及偏压对线性关系的影响进行了验证，结果与数值模拟结果一致，即无论是否有外加偏压的条件下，线性关系符合都非常好。然后针对微米尺度、纳米尺度SRAM器件分别进行了研究，结果表明，在扣除了器件死层厚度影响后，线性关系符合较好，并基于该线性关系对不同种类重离子在器件内垂直入射以及倾斜入射时的有效LET值进行了实验研究。根据测量结果，对离子倾斜入射时的有效LET值与以往在单粒子效应实验中经常采用LET/COSθ计算方法进行了比较，并对其差异原因进行了分析。本工作在国内率先对重离子在半导体器件内的有效LET值测量方法进行了研究，为今后开展电荷收集、单粒子效应机理研究、半导体器件地面单粒子效应实验评估等提供了有效数据参考和技术手段。