一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种表征不同类型粒子辐照诱导电离和位移缺陷形成与退火状态的一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件及其制备方法，属于核科学与技术领域。本发明专利技术包括集电区、基区、n个发射区、发射极、基极和集电极；集电区的掺杂浓度小于1E15/cm3；基区外边缘的长边距集电区外边缘的距离d范围为0.1～300μm，基区外边缘的宽边距集电区外边缘的距离e的范围为0.1～300μm；基区掺杂浓度为1E15/cm3～1E17/cm3；发射区的长边a与宽边b的比值在500:1～1:500范围内，扩散结深度在0.1μm至3.0μm之间；相邻两个发射区的间距不小于a/2、不大于5a；发射区掺杂浓度为5E15/cm3～1E20/cm3。

【技术实现步骤摘要】
一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件及其制备方法
本专利技术属于核科学与
，尤其涉及一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件及其制备方法。
技术介绍
航天器在轨服役过程中，会受到各种空间环境的影响，其中，以空间带电粒子辐射环境影响最为突出。在宇宙空间中存在着相当数量的高能带电粒子。空间高能粒子环境一般是指电子的能量大于40keV，质子或中子的能量大于1MeV，重离子的能量大于1MeV/u。实际空间辐射环境中的高能带电粒子能量达到几十keV至数百MeV以上，会对在轨航天器造成严重威胁。高能带电粒子辐射易于使航天器上电子器件受到损伤，导致航天器在轨服役寿命与可靠性下降。空间高能带电粒子源主要包括地球辐射带、银河宇宙线及太阳宇宙线三类。在空间辐射环境中的大多数带电粒子(如质子、电子及重离子)既能产生电离辐射效应，又能产生位移辐射效应。当这些带电粒子入射到材料或器件时，一般会同时产生电离和位移损伤效应，这两种效应会呈现一种相互竞争的机制。这些粒子的实际电离和位移辐射损伤能力如何表征和检测是目前辐射效应研究的一个难点和热点问题。
技术实现思路
本专利技术针对电离缺陷和位移缺陷特征及影响机制，提出用于分离和检测不同类型带电粒子的辐射损伤能力，来表征不同类型粒子辐照诱导电离和位移缺陷形成与退火状态的一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件及其制备方法。本专利技术的一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件，所述器件包括集电区、基区、n个发射区、发射极、基极和集电极；集电区位于基区的外围，所述集电区的掺杂浓度小于1E15/cm3；所述基区的外边缘为长方形，基区外边缘的长边距集电区外边缘的距离d范围为0.1～300μm，基区外边缘的宽边距集电区外边缘的距离e的范围为0.1～300μm；基区掺杂浓度为1E15/cm3～1E17/cm3；以基区中心坐标为中心，形成n个长方形的发射区，n为大于1的正整数；所述发射区的长边a与宽边b的比值在500:1～1:500范围内，扩散结深度在0.1μm至3.0μm之间；相邻两个发射区的间距不小于a/2、不大于5a；发射区掺杂浓度为5E15/cm3～1E20/cm3；发射极同时从n个发射区的顶部引出，基极从基区的顶部引出；集电极从集电区的底部引出。优选的是，所述集电区、基区、n个发射区之间设置有隔离区。优选的是，所述集电区掺杂的元素为硼元素。优选的是，所述基区掺杂的元素为硼元素。优选的是，所述发射区掺杂的元素为磷元素。本专利技术还提供一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：制备硅材料的衬底；步骤二：在衬底上制备埋层；步骤三：进行第一次光刻，去除全部二氧化硅后，外延生长一层掺杂的硅，获得外延层，该外延层为集电区；步骤四：在外延层上生长一层二氧化硅，然后进行第二次光刻，在外延层上刻蚀出集电区、基区和发射区之间的隔离区，接着在隔离区内预淀积或离子注入相应的杂质元素，并再扩散或者退火使杂质推进到设定距离；步骤五：制备重掺杂的N型接触窗口，进行第三次光刻，刻蚀出集电极，再注入或扩散相应的掺杂元素并退火；步骤六：再在外延层上进行第四次光刻，刻蚀出基区，然后在基区内注入相应掺杂元素并退火、扩散；步骤七：在基区上生长一层氧化物，进行第五次光刻，刻蚀出发射区，然后在发射区内注入相应掺杂元素并退火、扩散；步骤八：在基区和发射区淀积二氧化硅后，进行第六次光刻，分别在基区和发射区刻蚀出P型和N型接触窗口，刻蚀出基极和发射极；步骤九：进行第七次光刻，形成互联金属布线，最后生长钝化层，封装器件。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。本专利技术的有益效果在于：带电粒子辐照会在材料和器件中产生电离损伤和位移损伤，分别诱导产生电子—空穴对和间隙原子—空位对。这些电子、空穴、间隙原子及空位在室常温条件下活动能力强，大部分将发生复合作用。未发生复合的电子/空穴对、间隙原子/空位对会最终形成稳定的缺陷。这些稳定的缺陷，会对材料和器件的性能与可靠性产生极大的影响。不同类型的器件对辐射损伤的敏感性不同，MOS工艺器件对电离损伤敏感、光电器件对位移损伤敏感、以及双极工艺器件对电离和位移损伤均较为敏感。为了同时检测出电离和位移缺陷，本专利技术基于双极工艺进行设计和制备，保留了传统的双极工艺技术中的绝大部分工艺步骤及参数，仅仅修改了其中几个工艺的具体参数和过程，使得制造工艺步骤非常简单。但采用该制备方法获得的器件结构，能够同时检测出电离和位移缺陷信号，易于辨别不同类型粒子的辐射损伤能力。本专利技术能够大幅度降低试验的费用，并且提高了试验操作人员的安全性和缩短试验时间，对材料和器件空间环境效应地面模拟试验和研究具有重大的意义。在空间环境效应研究与抗辐照加固技术应用中，有着明显的优势和广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术同时产生电离和位移缺陷信号的器件的原理示意图；图2为Co-60源辐照电离缺陷的信号；图3为1MeV电子辐照电离缺陷和位移缺陷信号；图4为35MeVSi离子辐照位移缺陷信号。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件，包括集电区、基区、n个发射区、发射极、基极和集电极；集电区位于基区的外围，所述集电区的掺杂浓度小于1E15/cm3；基区的外边缘为长方形，基区外边缘的长边距集电区外边缘的距离d范围为0.1～300μm，基区外边缘的宽边距集电区外边缘的距离e的范围为0.1～300μm；基区掺杂浓度为1E15/cm3～1E17/cm3；以基区中心坐标为中心，形成n个长方形的发射区，n为大于1的正整数；所述发射区的长边a与宽边b的比值在500:1～1:500范围内，扩散结深度在0.1μm至3.0μm之间；相邻两个发射区的间距不小于a/2、不大于5a；发射区掺杂浓度为5E15/cm3～1E20/cm3；发射极同时从n个发射区的顶部引出，基极从基区的顶部引出；集电极从集电区的底部引出。集电区、基区、n个发射区之间设置有隔离区。集电区掺杂的元素为硼或磷元素，基区掺杂的元素为硼或磷元素，发射区掺杂的元素为硼或磷元素。本实施方式还需要将器件基于干氧和湿氧混合方式进行氧化，保证干氧的厚度在1nm至10nm之间，湿氧的厚度在200nm至200μm之间，干氧和湿氧的氧化时间比值不超过1/10。对应本实施方式的器件基于不同类型的粒子进行辐照试验。当辐照到一定的辐照剂量或辐照注量后，将器件移至深能级瞬态谱仪DLTS下。应用DLTS技术分别检测发射结和集电结处的电离与位移缺陷分布信息，以表征不同类型粒子的电离和位移损伤能力。若在常温条件下，辐照完成后至DLTS检测之间的时间间隔不大于50分钟；若在77K液氮储存条件下，辐照完成后至DLTS检测之间的时间间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件，其特征在于，所述器件包括集电区、基区、n个发射区、发射极、基极和集电极；集电区位于基区的外围，所述集电区的掺杂浓度小于1E15/cm3；所述基区的外边缘为长方形，基区外边缘的长边距集电区外边缘的距离d范围为0.1～300μm，基区外边缘的宽边距集电区外边缘的距离e的范围为0.1～300μm；基区掺杂浓度为1E15/cm3～1E17/cm3；以基区中心坐标为中心，形成n个长方形的发射区，n为大于1的正整数；所述发射区的长边a与宽边b的比值在500:1～1:500范围内，扩散结深度在0.1μm至3.0μm之间；相邻两个发射区的间距不小于a/2、不大于5a；发射区掺杂浓度为5E15/cm3～1E20/cm3；发射极同时从n个发射区的顶部引出，基极从基区的顶部引出；集电极从集电区的底部引出。

【技术特征摘要】
1.一种同时产生电离和位移缺陷信号的器件，其特征在于，所述器件包括集电区、基区、n个发射区、发射极、基极和集电极；集电区位于基区的外围，所述集电区的掺杂浓度小于1E15/cm3；所述基区的外边缘为长方形，基区外边缘的长边距集电区外边缘的距离d范围为0.1～300μm，基区外边缘的宽边距集电区外边缘的距离e的范围为0.1～300μm；基区掺杂浓度为1E15/cm3～1E17/cm3；以基区中心坐标为中心，形成n个长方形的发射区，n为大于1的正整数；所述发射区的长边a与宽边b的比值在500:1～1:500范围内，扩散结深度在0.1μm至3.0μm之间；相邻两个发射区的间距不小于a/2、不大于5a；发射区掺杂浓度为5E15/cm3～1E20/cm3；发射极同时从n个发射区的顶部引出，基极从基区的顶部引出；集电极从集电区的底部引出。2.根据权利要求1所述的同时产生电离和位移缺陷信号的器件，其特征在于，所述集电区、基区、n个发射区之间设置有隔离区。3.根据权利要求1所述的同时产生电离和位移缺陷信号的器件，其特征在于，所述集电区掺杂的元素为硼或磷元素。4.根据权利要求1所述的同时产生电离和位移缺陷信号的器件，其特征在于，所述基区掺杂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴冀，杨剑群，刘超铭，刘勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23