一种确定空间器件纳米复合聚合物钝化层的工艺参数方法技术

本发明专利技术涉及一种确定空间器件纳米复合聚合物钝化层的工艺参数方法，针对多种聚合物薄膜，通过数值计算获得不同掺杂参数、钝化层厚度下的表面电位和空间电场强度；准确建立掺杂粒子、掺杂浓度、钝化层厚度与表面电位和空间电场之间的关系，数值计算模型可靠，SVR回归模型的结果准确、可靠。通过构建了比较准确的数值计算模型，可以准确获取相关数据，同时采用SVR模型实现掺杂粒子、掺杂浓度、钝化层厚度与表面电位和空间电场之间的关系，并基于此构建数据库获取空间器件纳米复合聚合物钝化层的最佳工艺参数。最佳工艺参数。最佳工艺参数。

【技术实现步骤摘要】
一种确定空间器件纳米复合聚合物钝化层的工艺参数方法


[0001]本专利技术属于空间电子器件
，具体涉及一种确定空间器件纳米复合聚合物钝化层的工艺参数方法。

技术介绍

[0002]空间环境下，受到各种带电粒子的辐射，空间电子器件的工艺技术面临着很大的困难和挑战。研究发现，引起空间器件故障或失效的主要辐射源是空间高能电子，在空间高能电子的长期辐照下，作为钝化层的绝缘薄膜内部沉积大量的带负电的电子，这些沉积电子在钝化层周围空间产生强烈的空间电场，其产生的静电放电以电晕等形式影响器件的工作状态；同时当电场强度大于钝化层的击穿阈值时，将击穿钝化层导致器件失效或故障。解决此问题的传统方法是选取高强度的有机聚合物材料作为钝化层，但面临空间高能电子的长时间辐射，其效果并不明显，同时，由于微电子器件的工艺要求，不能单纯通过提高钝化层的厚度来提高器件的抗辐照能力。因此，如何进一步发展空间器件的工艺加固技术从而提高其可靠性是当前该领域的急需解决的关键技术。
[0003]近年来纳米复合聚合物作为一种新型绝缘材料得到了广泛关注，其在空间器件钝化层中有其应用前景，但是如何选取合适的最佳掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度等是其关键点和面临的难题。本专利技术以降低钝化层内部电子积聚效应为依据，提出确定纳米复合聚合物钝化层的最佳工艺参数的新方法。通过构建空间高能电子与纳米复合聚合物相互作用的数值计算模型和软件体系，计算多种聚合物薄膜在不同掺杂粒子、掺杂浓度以及薄膜厚度下的表面电位、表面电场，基于支持向量回归模型构建它们之间的关系，最终获得最佳的掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度，本专利技术可有效提高空间器件的抗辐照能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为解决上述问题，提供一种确定空间器件纳米复合聚合物钝化层的工艺参数方法，工艺参数包含掺杂粒子、掺杂浓度、钝化层厚度，针对多种类型的聚合物薄膜，通过计算不同掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度、表面电压、空间电场，获得计算结果，依据计算结果采用SVR模型实现掺杂粒子、掺杂浓度、钝化层厚度与表面电位和空间电场之间的关系，并基于此构建数据库获取空间器件纳米复合聚合物钝化层的最佳工艺参数。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种确定空间器件纳米复合聚合物钝化层的工艺参数方法，工艺参数包括掺杂粒子、掺杂浓度、钝化层厚度，针对多种类型聚合物薄膜，通过数值计算获得不同工艺参数、钝化层厚度下的表面电位和空间电场强度；采用SVR模型构建掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度与表面电压、空间电场之间的关系；最后选取最小表面电位和空间电场所对应的掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度为最优值，确定工艺参数的具体流程如下：
[0006]1)基于高能电子与聚合物基纳米复合物钝化层相互作用的理论模型，构建包括高
能电子与钝化层作用的散射、输运、俘获微观物理过程的数值模型；
[0007]2)针对不同类型的聚合物薄膜，计算不同掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度、表面电压、空间电场，获得计算结果。
[0008]3)针对给定的聚合物薄膜，依据有限的计算结果建立SVR模型，以掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度为输入，以表面电压、空间电场为输出，对SVR模型训练，获取输入与输出之间的映射关系；
[0009]4)选取最小的表面电位、空间电场所对应的掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度作为最优工艺参数。
[0010]进一步的：所述高能电子入射样品与样品内的原子或分子发生连续散射，高能电子的散射计算包括弹性散射和非弹性散射：
[0011]基于相对论Rutherford弹性散射截面来描述高能电子在样品内的弹性散射过程，其弹性散射截面为：
[0012][0013]式中，σ是散射截面，θ是散射角，Ω是固体角，λ
R
为电子波长，是样品的平均原子序数，a0为波尔半径，θ0为屏蔽系数；
[0014]基于Penn介电函数的能量损失函数描述非弹性散射过程，当能量为E的电子在固体内部散射时，其非弹性散射微分平均自由程为：
[0015][0016]其中，为非弹性平均自由程，dq和dω分别表示电子动量转移和能量损失，为普朗克常数，Im{
‑
1/ε(q,ω)}为能量损失函数，其Lindhard能量损失函数的计算公式为：
[0017][0018]其中，ω0为ω
q
(q,ω0)＝ω的解。非弹性散射平均自由程满足：
[0019][0020]其中，E
F
为费米能。
[0021]进一步的：通过所述高能电子散射产生的部分电子和空穴会沉积在样品内部，部分会被样品内的体缺陷和界面态俘获，基于库仑吸引中心的俘获截面模型，自由电子密度随时间t变化的微分形式如下：
[0022][0023]其中，T(t)表示俘获电子密度，N
T
表示陷阱中心密度，S
PF
是俘获截面系数。
[0024]进一步的：通过所述高能电子散射产生的部分电子和空穴会沉积在样品内部，部分会被样品内的体缺陷俘获，未被俘获电子在内部电场和密度梯度作用下进行漂移和扩散，电荷的输运满足电流连续性方程：
[0025][0026][0027]其中，N(t)表示t时刻电子密度，J(t)表示t时刻电子电流密度，V(t)表示t时刻空间电位，μ和D分别是电子迁移率和扩散系数，空间电位采用泊松方程求解，即：
[0028][0029]其中，其中，P(t)和Q(t)分别表示t时刻空穴密度和俘获电子密度。
[0030]进一步的：构建直接复合模型，其是由电子在导带和价带之间的直接跃迁形成的，其计算模型为：
[0031][0032]式中，R代表电子空穴复合率。
[0033]进一步的：所述SVR模型，依据有限的数值计算结果，构建掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度与表面电位、空间电场间之的对应关系，基于SVR模型构建掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度与表面电位、空间电场之间关系的流程如下：
[0034]1)对数值计算结果规范化处理；
[0035]2)确定SVR模型的数据输入特征：掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度；
[0036]3)确定SVR模型的数据输出特征：表面电位、空间电场；
[0037]4)SVR模型的初始化：确定数据集大小，设置SVR模型的径向基函数形式、核参数以及惩罚因子；
[0038]5)SVR模型的训练：训练完成后即可得到表面电位和空间电场与掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度之间的关系。
[0039]进一步的：确定掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度：根据SVR模型建立的掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度与表面电位和空间电场之间的关系，针对特定的聚合物薄膜，输入不同的掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度得到其对应的表面电位和空间电场值，然后构建数据库，在构建的数据库内查找最小表面电位和空间电场所对应的掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定空间器件纳米复合聚合物钝化层的工艺参数方法，其特征在于：工艺参数包含掺杂粒子、掺杂浓度、钝化层厚度，针对多种类型聚合物薄膜，通过数值计算获得不同工艺参数、钝化层厚度下的表面电位和空间电场强度；采用SVR模型构建掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度与表面电压、空间电场之间的关系；最后选取最小表面电位和空间电场所对应的掺杂粒子、掺杂浓度、钝化层厚度为最优值，确定工艺参数的具体流程如下：1)基于高能电子与聚合物基纳米复合物钝化层相互作用的理论模型，构建包括高能电子与钝化层作用的散射、输运、俘获微观物理过程的数值模型；2)针对不同类型的聚合物薄膜，计算不同掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度、表面电压、空间电场，获得计算结果；3)针对给定的聚合物薄膜，依据计算结果建立SVR模型，以掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度为输入，以表面电压、空间电场为输出，对SVR模型训练，获取输入与输出之间的映射关系；4)选取最小的表面电位、空间电场所对应的掺杂粒子类型、掺杂浓度、钝化层厚度作为最优工艺参数。2.根据权利要求1所述的一种确定空间器件纳米复合聚合物钝化层的工艺参数方法，其特征在于：所述高能电子入射样品与样品内的原子或分子发生连续散射，高能电子的散射计算包括弹性散射和非弹性散射：基于相对论Rutherford弹性散射截面来描述高能电子在样品内的弹性散射过程，其弹性散射截面为：式中，σ是散射截面，θ是散射角，Ω是固体角，λ
R
为电子波长，Z是样品的平均原子序数，a0为波尔半径，θ0为屏蔽系数；基于Penn介电函数的能量损失函数描述非弹性散射过程，当能量为E的电子在固体内部散射时，其非弹性散射微分平均自由程为：其中，为非弹性平均自由程，dq和dω分别表示电子动量转移和能量损失，为普朗克常数，Im{
‑
1/ε(q,ω)}为能量损失函数，其Lindhard能量损失函数的计算公式为：其中，ω0为ω
q
(q,ω0)＝ω的解。非弹性散射平均自由程满足：
其中，E
F
为费米能。3.根据权利要求1所述的一种确定空间器件纳米复合聚合物钝化层的工艺参数方法，其特征在于：通过所述高能电子散射产生的部分电子和空穴会沉积在样品内部，部分会被样品内的体缺陷和界面态俘获，基于库仑吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，
申请(专利权)人：江苏腾锐电子有限公司，
类型：发明
国别省市：