电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法技术

电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法，属于空间环境效应领域。为了解决目前的倒闸操作票托板在特殊情况下使用不便的问题。所述方法包括：步骤一：根据待模拟的综合环境，设定环境因素：真空度、热循环条件和辐照条件；步骤二：控制各环境因素的作用次序，对待测电子材料或器件产生损伤，进行综合环境试验。本发明专利技术的应用不同类型地面单因素及多因素环境，步骤简单，易于操作。本发明专利技术所提出方法能够大幅度降低试验的费用，对电子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。

Test method for environmental conditions of thermal cycling and charged particle irradiation of electronic materials and devices

The invention relates to a comprehensive environmental test method for the thermal cycling and charged particle irradiation of electronic materials and devices, which belongs to the field of space environmental effects. In order to solve the problem of inconvenient use of the current operation ticket plate in special circumstances. The method comprises the following steps: step one: according to the comprehensive environment for simulation, set the environmental factors: vacuum and thermal cycling conditions and radiation conditions; step two: the role of sequence control of the environmental factors, the measurement of electronic materials and devices damage treatment, comprehensive environmental test. The method of the invention has the advantages of simple and easy operation, and different types of ground single factor and multi factor environment. The method of the invention can greatly reduce the cost of the experiment, and is of great significance to the ground simulation test and research of the electronic materials and devices.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子材料及器件空间综合环境效应的地面模拟试验，属于空间环境效应领域。
技术介绍
自1957年人类利用航天器进行空间探测和研究活动以来，在空间科学、航天技术及空间资源利用等领域取得了举世瞩目的成就。半个多世纪以来，人类进行了大量空间探索、开发与资源利用，已先后发射5000余颗各种应用卫星，建造了“和平号”和α-空间站及航天飞机，向月球发射了130余颗卫星与探测器，向火星发射了几十颗卫星和探测器，进行了大量的航天活动，为拓展人类生存和发展空间做出了巨大贡献。人类的航天活动，有成功的经验，也有失败的教训。据统计，空间环境导致航天器出现故障的概率占50％以上。航天器是由大量材料和器件组成的多功能复杂系统。当航天器在空间轨道环境下服役时，不同材料和器件会产生环境效应，对航天器系统的功能和服役状态产生影响。在轨服役数据分析表明，航天器用电子材料和器件可能由于空间环境的作用发生故障甚至失效。空间环境因素涉及：真空、太阳电磁辐射、太阳宇宙线、银河宇宙线、地球辐射带、地球磁场、温度热交变、空间原子氧、微流星体及空间碎片等多种因素。其中，电子材料和器件最为敏感的空间环境因素为真空、热循环及带电粒子辐射。空间环境与航天器相互作用发生在太空，直接实验研究难度大，所需成本费用高。解决问题的最基本途径是在地面模拟空间环境与效应。通过地面模拟试验的研究，揭示空间环境与材料和器件相互作用的基本规律，阐明空间环境效应的基本特征与机理，并将所获得的研究成果用于指导空间应用。因此，为了有效地展开电子材料和器件辐射效应科学技术研究，十分需要建立电子材料和器件空间综合环境效应地面模拟试验方法。目前，人类积累了许多空间单因素环境下电子材料和器件地面模拟试验方法，成为人类探索认识电子材料和器件空间环境效应科学问题的重要依据，也为各国航天事业的发展作出了不可替代的贡献。但是，这些研究均未能全面实现电子材料和器件空间综合环境效应研究。为此，需要在科学上实现空间综合环境与电子材料和器件作用基本理论和方法研究，揭示空间综合环境下电子材料和器件性能退化的基本规律与各种空间环境综合效应的物理本质，建立空间综合环境下电子材料和器件地面模拟试验的方法。
技术实现思路
为了解决上述不足，本专利技术提供一种电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法。本专利技术的电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法，所述方法包括：步骤一：根据待模拟的综合环境，设定环境因素：真空度、热循环条件和辐照条件；步骤二：控制各环境因素的作用次序，对待测电子材料或器件产生损伤，进行综合环境试验。优选的是，所述辐照条件包括：带电粒子的能量、辐照通量、辐照面积和辐照不均匀度。优选的是，所述带电粒子的能量为：使带电粒子辐照时的入射深度大于2倍待测电子材料或器件的厚度的能量。优选的是，所述带电粒子的辐照不均匀度小于10％。优选的是，带电粒子的辐照面积至少是待测电子材料或器件的表面面积的1.5倍。优选的是，所述带电粒子包括质子、电子和重离子。优选的是，所述质子和重离子的入射方向垂直于待测电子材料或器件的表面，电子的入射方向与待测电子材料或器件表面法线的夹角在45°以内。优选的是，当需要获得待测电子材料或器件产生电离损伤，使电子的阻止本领小于100MeVcm2/g。优选的是，当需要获得待测电子材料或器件产生位移损伤，使质子和重离子的核阻止本领均高于0.01MeVcm2/g。优选的是，热循环条件包括热循环温度范围区间、循环次数和升降温速率。本专利技术的有益效果在于，本专利技术的应用不同类型地面单因素及多因素环境，步骤简单，易于操作。本专利技术所提出方法能够大幅度降低试验的费用，对电子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。附图说明图1为不同能量电子在Si材料中的阻止本领及射程的曲线示意图。。图2为不同能量质子在Si材料中的阻止本领及射程的曲线示意图。图3为不同能量α离子在Si材料中的阻止本领及射程的曲线示意图。图4为热循环及质子与电子辐照条件下晶体管过剩基极电流变化规律的曲线示意图。图5为热循环及质子与重离子辐照条件下晶体管过剩基极电流变化规律的曲线示意图。图6为本专利技术的电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法的流程示意图。具体实施方式如图6所示，本专利技术的电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法，包括：步骤一：根据待模拟的综合环境，设定环境因素：真空度、热循环条件和辐照条件；步骤二：控制各环境因素的作用次序，对待测电子材料或器件产生损伤，进行综合环境试验。本实施方式涉及一种基于地面单因素和多因素环境试验，可以在电子材料和器件中产生空间综合环境效应的试验方法，其应用对象包括各类航天器用电子材料和器件。基于选择控制真空度、热循环条件和辐照条件，以及控制各环境因素的作用次序，可对电子材料和器件产生损伤效果，达到电子材料和器件空间综合环境效应地面模拟。优选实施例中，辐照条件包括：带电粒子的能量、辐照通量、辐照面积和辐照不均匀度。本实施方式限定了辐照的条件，通过设置这些辐照条件，使待测电子材料或器件能够达到辐照实验要求。优选实施例中，带电粒子的能量为：使带电粒子辐照时的入射深度大于2倍待测电子材料或器件的厚度的能量。本实施方式中，在针对电子材料和器件进行辐照试验时，需将电子材料和器件完全暴露于辐照，即需要对器件进行开帽处理，以使得带电粒子能够完全穿透待测的电子材料和器件。并且，需要保证带电粒子辐照，在待测电子材料或器件中产生均匀的损伤。为此，需要选择合适的带电粒子能量，使其射程超过待测电子材料或器件芯片厚度的2倍以上。优选实施例中，带电粒子的辐照不均匀度小于10％。本实施方式中，在针对电子材料和器件进行辐照试验时，经过带电粒子辐照，在待测电子材料或器件中产生均匀的损伤，但是由于待测电子材料或器件的形状及辐照条件的限制，辐照不可能完全均匀，但是带电粒子的辐照不均匀度小于10％，才能保证实现明显的电离损伤或位移损伤。优选实施例中，带电粒子的辐照面积至少是待测电子材料或器件的表面面积的1.5倍。本实施方式保证待测电子材料或器件被带电粒子的辐照完全覆盖住。优选实施例中，带电粒子包括质子、电子和重离子。优选实施例中，质子和重离子的入射方向垂直于待测电子材料或器件的表面，电子的入射方向与待测电子材料或器件表面法线的夹角在45°以内。优选实施例中，当需要获得待测电子材料或器件产生电离损伤，使电子的阻止本领小于100MeVcm2/g。本实施方式中，不同类型带电粒子辐照，对电子材料和器件造成的位移损伤和电离程度不同。其中，随能量的升高，电子的核阻止本领增加，质子和重离子的核阻止本领减小。电子、质子及α离子在Si材料中的阻止本领及射程分别如图1、图2和图3所示。需要根据要研究对象的目的，合适选择粒子类型及能量等。对于电离损伤来说，需要选择电子阻止本领较小的粒子；优选实施例中，当需要获得待测电子材料或器件产生位移损伤，使质子和重离子的核阻止本领均高于0.01MeVcm2/g。本实施方式中，不同类型带电粒子辐照，对电子材料和器件造成的位移损伤和电离程度不同。其中，随能量的升高，电子的核阻止本领增加，质子和重离子的核阻止本领减小。对于位移损伤来说，需要选择核阻止本领较大的粒子。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：根据待模拟的综合环境，设定环境因素：真空度、热循环条件和辐照条件；步骤二：控制各环境因素的作用次序，对待测电子材料或器件产生损伤，进行综合环境试验。

【技术特征摘要】
1.一种电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：根据待模拟的综合环境，设定环境因素：真空度、热循环条件和辐照条件；步骤二：控制各环境因素的作用次序，对待测电子材料或器件产生损伤，进行综合环境试验。2.根据权利要求1所述的电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法，其特征在于，所述辐照条件包括：带电粒子的能量、辐照通量、辐照面积和辐照不均匀度。3.根据权利要求2所述的电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法，其特征在于，所述带电粒子的能量为：使带电粒子辐照时的入射深度大于2倍待测电子材料或器件的厚度的能量。4.根据权利要求2所述的电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法，其特征在于，所述带电粒子的辐照不均匀度小于10％。5.根据权利要求2所述的电子材料及器件热循环与带电粒子辐照综合环境试验方法，其特征在于，带电粒子的辐照面积至少是待测电子材料或器件的表面面积的1.5倍。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴冀，刘超铭，杨剑群，马国亮，吕钢，
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