本實用新型屬于半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)研究領(lǐng)域，主要涉及一種寬禁帶半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)激光模擬系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件的瞬時劑量率輻射效應(yīng)是指暴露于瞬時的脈沖γ射線輻射下的半導(dǎo)體器件所表現(xiàn)出的電離輻射損傷，其機(jī)理是由于瞬時的電離脈沖輻射在半導(dǎo)體材料中激發(fā)電子—空穴對，這些光生載流子在被器件收集的過程中將產(chǎn)生瞬時光電流。當(dāng)輻射劑量率增大到一定程度時，此光電流將可能等于甚至大于電路本身的電流信號，導(dǎo)致電路功能紊亂或失效。因此，深入研究半導(dǎo)體器件的輻射效應(yīng)的機(jī)理和影響并探討其抗輻射加固技術(shù)是研究人員長期以來關(guān)注的課題。碳化硅和氮化鎵半導(dǎo)體材料具有寬禁帶、高擊穿場強(qiáng)、高飽和電子漂移速率以及抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點，特別適合應(yīng)用于高頻、高功率、抗輻射的功率器件，并且可以在高溫惡劣環(huán)境下工作。由于具備這些優(yōu)點，寬禁帶半導(dǎo)體功率器件可以明顯提高電子信息系統(tǒng)的性能，廣泛應(yīng)用于人造衛(wèi)星、火箭、雷達(dá)、通訊、海洋勘探等重要領(lǐng)域。隨著寬禁帶半導(dǎo)體材料越來越廣泛的應(yīng)用，對寬禁帶半導(dǎo)體器件抗輻射性能的研究也越來越重要。

前期，研究人員主要依靠電子直線電子加速器、各種放射源等大型地面裝置開展輻射效應(yīng)研究。但這些大型地面輻射模擬裝置存在如下局限性：輻射測量范圍有限、參數(shù)調(diào)節(jié)非常困難、改變輻射種類和能量需要的時間長、對被測器件有損傷、難于精確提供器件在輻射下的精確時間和空間信息、需要嚴(yán)格的輻射屏蔽和保護(hù)措施等，難以滿足研究人員在設(shè)計初期，在實驗室中靈活、快捷、安全地對半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)和工作性能進(jìn)行研究和驗證的需求。由于激光可以在半導(dǎo)體器件內(nèi)產(chǎn)生同某些輻射效應(yīng)相近的電學(xué)特征，激光模擬輻射電離效應(yīng)方法應(yīng)運而生。近二十余年來，得到了國外科研界的推廣和認(rèn)可，在半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)敏感性測試、抗輻射加固器件的批量篩選以及防護(hù)措施驗證等方面中證實了其獨特優(yōu)勢，可以在很大程度上彌補地面裝置模擬方法的不足，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)部分單位建立了針對硅基器件的單粒子效應(yīng)激光模擬系統(tǒng)，也有單位建立了針對硅基器件的輻射劑量率效應(yīng)激光模擬系統(tǒng)，但尚無針對寬禁帶半導(dǎo)體器件的輻射效應(yīng)激光模擬系統(tǒng)，不能滿足對寬禁帶半導(dǎo)體器件的輻射效應(yīng)激光模擬的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前國內(nèi)目前尚無針對寬禁帶半導(dǎo)體器件的輻射效應(yīng)激光模擬系統(tǒng)的現(xiàn)狀，以及其它地面模擬裝置的固有限制，本實用新型提出了一種寬禁帶半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)激光模擬系統(tǒng)，利用光子能量大于寬禁帶半導(dǎo)體材料禁帶寬度的短波長脈沖激光輻照寬禁帶半導(dǎo)體器件，可根據(jù)實際需求設(shè)定設(shè)置波長為210nm或者355nm，利用210nm和355m激光在半導(dǎo)體器件中穿透深度不同的特點定位半導(dǎo)體器件靈敏層，可靈活快捷地在實驗室條件下對寬禁帶半導(dǎo)體器件輻射劑量率效應(yīng)進(jìn)行研究和驗證，并且該實驗?zāi)M系統(tǒng)具備小型化、集成化的特點。

本實用新型技術(shù)方案如下：

一種寬禁帶半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)激光模擬系統(tǒng)，其特征在于：包括短波長脈沖激光產(chǎn)生與衰減系統(tǒng)、顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)、測試與控制系統(tǒng)；所述短波長脈沖激光產(chǎn)生與衰減系統(tǒng)安裝于顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)上方，所述測試與控制系統(tǒng)安裝于顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)下方。

所述短波長脈沖激光產(chǎn)生與衰減系統(tǒng)，用于產(chǎn)生短波長脈沖激光，并對根據(jù)實際實驗需求對單脈沖激光的能量進(jìn)行衰減；

所述顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)，用于對寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品進(jìn)行成像，并對作用于寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品的脈沖激光進(jìn)行能量測量；

所述測試與控制系統(tǒng)，用于采集并記錄寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品輻射電離效應(yīng)的響應(yīng)電信號。

所述短波長脈沖激光產(chǎn)生與衰減系統(tǒng)包括短波長脈沖激光器、衰減鏡片模組、反射鏡，短波長脈沖激光器、衰減鏡片模組和反射鏡安裝于遮光罩內(nèi)。所述短波長脈沖激光器用于產(chǎn)生波長為210nm或355nm的短波長脈沖激光，在空間位置上依次經(jīng)過衰減鏡片模組、反射鏡。

優(yōu)選的，遮光罩的內(nèi)部表面粗糙，不發(fā)生鏡面反射，且易拆卸。

所述顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)包括CCD攝像頭、分光鏡、指引光源、能量計探頭、分光棱鏡、調(diào)焦機(jī)構(gòu)、物鏡轉(zhuǎn)盤、物鏡、支架；支架包括底板、豎直支撐桿和頂部的水平桿，所述CCD攝像頭、分光鏡、指引光源、能量計探頭、分光棱鏡安裝于支架頂部的水平桿上，調(diào)焦機(jī)構(gòu)安裝于水平桿末端的下面，物鏡轉(zhuǎn)盤安裝于調(diào)焦機(jī)構(gòu)的下面，物鏡安裝于物鏡轉(zhuǎn)盤的下面。

在空間位置上，所述短波長脈沖激光經(jīng)過反射鏡后到達(dá)分光鏡，經(jīng)過分光鏡分成兩束，一束為水平方向，另一束為豎直方向，水平方向的短波長脈沖激光經(jīng)過分光棱鏡分別到達(dá)CCD攝像頭和能量計探頭，分光棱鏡對應(yīng)的位置上設(shè)置指引光源，豎直方向的短波長脈沖激光依次經(jīng)過調(diào)焦機(jī)構(gòu)、物鏡轉(zhuǎn)盤、物鏡后到達(dá)寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品表面。

所述指引光源在空間位置上依次經(jīng)過分光棱鏡、分光鏡、調(diào)焦機(jī)構(gòu)、物鏡轉(zhuǎn)盤、物鏡后到達(dá)寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品表面；指引光源在分光鏡上與短波長脈沖激光合束后，到達(dá)寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品表面上時，指引光源與短波長脈沖激光的光斑中心重合。

優(yōu)選的，指引光源為波長為532nm的連續(xù)激光，功率不大于1mW。

所述測試與控制系統(tǒng)包括精密位移平臺和示波器，寬禁帶半導(dǎo)體器件測試測試樣品放置于精密位移平臺上，通過控制精密位移平臺移動來精確控制光斑作用于寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品上的位置。

優(yōu)選的，精密位移平臺為六軸位移平臺。

本實用新型有益效果如下：

本實用新型具有小型化、集成化的特點，可根據(jù)實際需求設(shè)定設(shè)置波長為210nm或者355nm，可定位半導(dǎo)體器件敏感層和敏感位置，該系統(tǒng)填補了沒有寬禁帶半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)激光模擬系統(tǒng)的空白，為大型地面試驗裝置提供了有效的補充試驗手段。

附圖說明

圖1 為本實用新型的一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 為本實用新型的顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，附圖標(biāo)記為：I短波長脈沖激光產(chǎn)生與衰減系統(tǒng)，II顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)，III測試與控制系統(tǒng)，1短波長脈沖激光器，2衰減鏡片模組，3反射鏡，4遮光罩，5 CCD攝像頭，6分光鏡，7指引光源，8能量計探頭，9分光棱鏡，10調(diào)焦機(jī)構(gòu)，11物鏡轉(zhuǎn)盤，12物鏡，13支架，14寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品，15精密位移平臺，16示波器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型實例進(jìn)行詳細(xì)描述。

參見附圖1，一種寬禁帶半導(dǎo)體器件輻射效應(yīng)激光模擬系統(tǒng)，包括短波長脈沖激光產(chǎn)生與衰減系統(tǒng)I、顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)II、測試與控制系統(tǒng)III。

所述短波長脈沖激光產(chǎn)生與衰減系I，用于產(chǎn)生短波長脈沖激光，并對根據(jù)實際實驗需求對單脈沖激光的能量進(jìn)行衰減。

所述顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)II，用于對寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14進(jìn)行成像，并對作用于寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14的脈沖激光進(jìn)行能量測量。

所述測試與控制系統(tǒng)III，用于采集并記錄寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品輻射電離效應(yīng)的響應(yīng)電信號。

所述短波長脈沖激光產(chǎn)生與衰減系I，包括短波長脈沖激光器1、衰減鏡片模組2、反射鏡3、遮光罩4，短波長脈沖激光器1、衰減鏡片模組2和反射鏡3安裝于遮光罩4內(nèi)。所述短波長脈沖激光器1可以用于產(chǎn)生波長為210nm或355nm的短波長脈沖激光，短波長脈沖激光在空間位置上依次經(jīng)過衰減鏡片模組2、反射鏡3，衰減模組2將短波長脈沖激光的能量按照實際需求做一定衰減后，經(jīng)過反射鏡3的反射進(jìn)入顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)II。

參見附圖2，顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)II用于對寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14進(jìn)行成像，并對作用于寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14的短波長脈沖激光進(jìn)行能量測量，包括CCD攝像頭5、分光鏡6、指引光源7、能量計探頭8、分光棱鏡9、調(diào)焦機(jī)構(gòu)10、物鏡轉(zhuǎn)盤11、物鏡12、支架13；支架13包括底板、豎直支撐桿和頂部的水平桿，所述CCD攝像頭5、分光鏡6、指引光源7、能量計探頭8、分光棱鏡9安裝于支架13頂部的水平桿上，調(diào)焦機(jī)構(gòu)10安裝于水平桿末端的下面，物鏡轉(zhuǎn)盤11安裝于調(diào)焦機(jī)構(gòu)10的下面，物鏡12安裝于物鏡轉(zhuǎn)盤11的下面。

在空間位置上短波長脈沖激光經(jīng)過分光鏡6分成兩束，一束為水平方向，另一束為豎直方向，水平方向的短波長脈沖激光經(jīng)過分光棱鏡9分別到達(dá)CCD攝像頭5和能量計探頭8，豎直方向的短脈沖激光經(jīng)過調(diào)焦機(jī)構(gòu)10、物鏡轉(zhuǎn)盤11、物鏡12后到達(dá)寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14表面；能量計探頭8采集到的能量根據(jù)分光鏡6和分光棱鏡9的分光比例可換算出到達(dá)到達(dá)寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14表面的激光能量。

所述指引光源7在空間位置上依次經(jīng)過分光棱鏡9、分光鏡6、調(diào)焦機(jī)構(gòu)10、物鏡轉(zhuǎn)盤11、物鏡12后到達(dá)寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14表面；指引光源7在分光鏡6上與短波長脈沖激光合束后，到達(dá)寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14表面上時，指引光源7與短波長脈沖激光的光斑中心重合。所述指引光源7采用532nm的連續(xù)激光。

所述測試與控制系統(tǒng)III包括精密位移平臺15和示波器16，寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14通過卡具固定在精密位移平臺15上，精密位移平臺15固定于顯微成像與能量監(jiān)測系統(tǒng)II的支架13的底板上，精密位移平臺15帶動寬禁帶半導(dǎo)體器件測試測試樣品14運動，使得脈沖激光的光斑局部照射或者全面覆蓋寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14上。短波長脈沖激光照射在寬禁帶半導(dǎo)體器件測試樣品14上后產(chǎn)生的電學(xué)響應(yīng)由示波器16采集并記錄。