一种碳化硅器件单粒子效应的检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种碳化硅器件单粒子效应的检测系统及方法。所述检测系统包括：BNC转接装置设置于真空罐之上，计算机分别与高阻表、直流源和第二DB9转接装置连接；高阻表的高压输出High端口与BNC转接装置连接；直流源的电压输出端口与第二DB9转接装置连接；BNC转接装置、第二DB9转接装置和第一DB9转接装置分别与检测装置连接；第一DB9转接装置和高阻表上的仪表输入High端口分别与保护装置连接；高阻表的高压输出Low端口与高阻表上的仪表输入Low端口内部连接；检测装置置于真空罐内，粒子束流通过加速器管道输送至检测装置上的辐照区域。本发明专利技术能精确检测出碳化硅器件发生单粒子效应的电压值。

A detection system and method of single particle effect in silicon carbide devices

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅器件单粒子效应的检测系统及方法
本专利技术涉及集成电路芯片检测领域，特别是一种碳化硅器件单粒子效应的检测系统及方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)是第三代半导体材料，与传统硅材料相比，碳化硅的禁带宽度是硅的3倍，导热率为硅的4-5倍，击穿电压为硅的8倍，电子饱和漂移速率为硅的2倍，因此特别适合于制造耐高温、耐高压、耐大电流的高频大功率器件。碳化硅结势垒肖特基二极管(SiCSBD)是目前较为成熟的一种碳化硅器件，其主流产品的耐压可高达600V-3300V。将SiCSBD用于电源设计可有效提高其转换效率，同时实现电源系统的小型化。目前，该产品已广泛用于光伏发电系统的功率调节器、电动汽车快速充电器的功率因数校正(PFC)电路和整流桥电路的设计中。因为碳化硅器件相比硅器件具有明显的性能优势，因此，我国在航天器设计中也计划选用碳化硅器件。碳化硅器件在进行航天应用前，需要先对其单粒子效应进行评估。碳化硅器件的单粒子效应检测试验目前存在的技术问题如下：1、碳化硅器件的测试通常需要使用专用设备，如Keysight的B1505半导体器件分析仪，该类仪器体积较大，不便移动。并且，部分低能量粒子的单粒子试验需要在真空罐内进行，专用测试仪器无法置于真空罐内，因此无法用于单粒子试验。2、单粒子试验一般需要对多只器件逐个进行。由于真空罐抽真空的时间较长，为节省试验时间，一般需要将多只试验器件同时置于真空罐内，通过程序控制切换试验工位。而专用测试仪器一般仅提供1个测试工位，如需扩展工位，则需要额外设计继电器矩阵，对多个检测工位进行物理隔离与远程切换。但是，由于碳化硅器件的单粒子试验属于破坏性试验，单粒子效应可能会使器件击穿，产生瞬间大电流烧毁器件，并同时烧毁检测通路上的继电器矩阵，使其他试验工位上的器件无法正常工作。由于继电器矩阵一般位于真空罐内的检测板上，一旦发生故障，则必须打开真空罐进行维修更换。后续试验则需要重新抽真空，造成试验束流时间的浪费。3、碳化硅器件为单粒子敏感器件，发生单粒子效应的电压区间较窄，采用传统的固定偏压试验方法一般只能得到烧毁或无效应两种结论。其中烧毁是由于施加的偏压过大，无效应是因为施加的偏压过小，一般无法准确获取器件发生单粒子效应的电压区间，试验效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术中无法准确获取器件发生单粒子效应的电压区间，试验效果并不理想的不足，提供了一种碳化硅器件单粒子效应的检测系统及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种碳化硅器件单粒子效应的检测系统，包括：计算机、高阻表、BNC转接装置、检测装置、第一DB9转接装置、保护装置、直流源、第二DB9转接装置和真空罐，所述BNC转接装置设置于所述真空罐之上，其中，所述计算机分别与所述高阻表、所述直流源和所述第二DB9转接装置连接；所述高阻表的高压输出High端口与所述BNC转接装置连接；所述直流源的电压输出端口与所述第二DB9转接装置连接；所述BNC转接装置、所述第二DB9转接装置和所述第一DB9转接装置分别与所述检测装置连接；所述第一DB9转接装置和所述高阻表上的仪表输入High端口分别与所述保护装置连接；所述高阻表的高压输出Low端口与所述高阻表上的仪表输入Low端口内部连接；所述检测装置置于所述真空罐内，粒子束流通过加速器管道输送至所述检测装置上的辐照区域。优选地，所述检测装置包括：高压源输入接口、漏电流输出接口、供电与通信接口、继电器矩阵、碳化硅器件矩阵、供电电路、通信电路、继电器控制电路和继电器驱动电路，其中，所述高压源输入接口与所述继电器矩阵的公共输入端连接；所述继电器矩阵的独立输出端与所述碳化硅器件矩阵的独立输入端连接；所述碳化硅器件矩阵的独立输出端与所述漏电流输出接口的独立端口连接；所述供电与通信接口分别与所述供电电路和所述通信电路连接；所述通信电路与所述继电器控制电路连接；所述继电器控制电路与所述继电器驱动电路连接；所述继电器驱动电路的独立输出端与所述继电器矩阵的独立控制端连接；所述供电电路可以为所述继电器矩阵、所述通信电路、所述继电器控制电路和所述继电器驱动电路供电。优选地，所述保护装置包括：漏电流输出接口、跳线矩阵和漏电流输出接口，其中，所述漏电流输出接口与所述跳线矩阵的独立输入接口连接；所述跳线矩阵的公共输出端口与所述漏电流输出接口连接。优选地，所述系统还包括：安装结构，所述安装结构包括：垂直转接板、试验夹具和碳化硅器件，其中，在进行碳化硅器件单粒子效应的检测过程中，所述检测装置安装于所述真空罐中，且所述检测装置与地面垂直，所述碳化硅器件的芯片平面与所述检测装置相互平行；所述垂直转接板与所述检测装置通过90度连接器垂直安装；所述试验夹具垂直安装于所述垂直转接板之上；所述碳化硅器件安装于所述试验夹具中。优选地，所述计算机通过总线与所述高阻表和所述直流源连接；所述总线为通用接口总线、通用串行总线和LAN总线中的任一种；所述计算机通过BNC线缆与所述第二DB9转接装置连接；所述高压输出High端口通过同轴卡扣配合型连接器与所述BNC转接装置连接；所述BNC转接装置通过同轴BNC线缆与所述检测装置连接；所述第二DB9转接装置通过DB9线缆与所述检测装置连接；所述检测装置通过DB9线缆与所述第一DB9转接装置连接；所述第一DB9转接装置通过DB9线缆与所述保护装置连接；所述保护装置通过BNC同轴线缆与所述高阻表的仪表输入High端口连接；所述高阻表的高压输出Low端口与仪表输入Low端口，通过所述高阻表内部开关连接。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例还提供了一种碳化硅器件单粒子效应的检测方法，应用于上述任一项所述的检测系统，包括：在对多个待测试碳化硅器件和所述检测系统安装完成之后，打开真空罐内的粒子束流；采用计算机通过高阻表实时读取并记录漏电流测量结果，直到实验结束；当所述待测试碳化硅器件烧毁，或漏电流测量结果达到目标设定值时，采用所述计算机控制所述高阻表关闭偏压；当所述待测试碳化硅器件未烧毁，或漏电流测量结果未达到所述目标设定值，且在所述粒子束流的总量达到设定值时，通过所述计算机控制所述高阻表关闭偏压；通过所述计算机控制所述检测装置切换检测通道，并重复执行所述采用计算机通过高阻表实时读取并记录漏电流测量结果，直到实验结束，至所述通过所述计算机控制所述高阻表关闭偏压的步骤；当所述待测试碳化硅器件发生单粒子烧毁时，评估所述待测试碳化硅器件的单粒子效应。优选地，在所述打开真空罐内的粒子束流的步骤之前，还包括：将多个所述待测试碳化硅器件预先开帽，并安装于所述检测装置的无损测试工装上，分别记录下每个所述待测试碳化硅器件的偏压方向；连接所述检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅器件单粒子效应的检测系统，其特征在于，包括：计算机、高阻表、BNC转接装置、检测装置、第一DB9转接装置、保护装置、直流源、第二DB9转接装置和真空罐，所述BNC转接装置设置于所述真空罐之上，其中，/n所述计算机分别与所述高阻表、所述直流源和所述第二DB9转接装置连接；/n所述高阻表的高压输出High端口与所述BNC转接装置连接；/n所述直流源的电压输出端口与所述第二DB9转接装置连接；/n所述BNC转接装置、所述第二DB9转接装置和所述第一DB9转接装置分别与所述检测装置连接；/n所述第一DB9转接装置和所述高阻表上的仪表输入High端口分别与所述保护装置连接；/n所述高阻表的高压输出Low端口与所述高阻表上的仪表输入Low端口内部连接；/n所述检测装置置于所述真空罐内，粒子束流通过加速器管道输送至所述检测装置上的辐照区域。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅器件单粒子效应的检测系统，其特征在于，包括：计算机、高阻表、BNC转接装置、检测装置、第一DB9转接装置、保护装置、直流源、第二DB9转接装置和真空罐，所述BNC转接装置设置于所述真空罐之上，其中，
所述计算机分别与所述高阻表、所述直流源和所述第二DB9转接装置连接；
所述高阻表的高压输出High端口与所述BNC转接装置连接；
所述直流源的电压输出端口与所述第二DB9转接装置连接；
所述BNC转接装置、所述第二DB9转接装置和所述第一DB9转接装置分别与所述检测装置连接；
所述第一DB9转接装置和所述高阻表上的仪表输入High端口分别与所述保护装置连接；
所述高阻表的高压输出Low端口与所述高阻表上的仪表输入Low端口内部连接；
所述检测装置置于所述真空罐内，粒子束流通过加速器管道输送至所述检测装置上的辐照区域。


2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测装置包括：高压源输入接口、漏电流输出接口、供电与通信接口、继电器矩阵、碳化硅器件矩阵、供电电路、通信电路、继电器控制电路和继电器驱动电路，其中，
所述高压源输入接口与所述继电器矩阵的公共输入端连接；
所述继电器矩阵的独立输出端与所述碳化硅器件矩阵的独立输入端连接；
所述碳化硅器件矩阵的独立输出端与所述漏电流输出接口的独立端口连接；
所述供电与通信接口分别与所述供电电路和所述通信电路连接；
所述通信电路与所述继电器控制电路连接；
所述继电器控制电路与所述继电器驱动电路连接；
所述继电器驱动电路的独立输出端与所述继电器矩阵的独立控制端连接；
所述供电电路可以为所述继电器矩阵、所述通信电路、所述继电器控制电路和所述继电器驱动电路供电。


3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述保护装置包括：漏电流输出接口、跳线矩阵和漏电流输出接口，其中，
所述漏电流输出接口与所述跳线矩阵的独立输入接口连接；
所述跳线矩阵的公共输出端口与所述漏电流输出接口连接。


4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述系统还包括：安装结构，所述安装结构包括：垂直转接板、试验夹具和碳化硅器件，其中，
在进行碳化硅器件单粒子效应的检测过程中，所述检测装置安装于所述真空罐中，且所述检测装置与地面垂直，所述碳化硅器件的芯片平面与所述检测装置相互平行；
所述垂直转接板与所述检测装置通过90度连接器垂直安装；
所述试验夹具垂直安装于所述垂直转接板之上；
所述碳化硅器件安装于所述试验夹具中。


5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述计算机通过总线与所述高阻表和所述直流源连接；所述总线为通用接口总...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贺，于庆奎，曹爽，刘艳秋，汪悦，张红旗，张大宇，梅博，孙毅，李晓亮，吕贺，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11