一种辐射效应研究试验装置及方法

技术领域

本发明涉及电子器件辐射效应研究，具体涉及一种辐射效应研究试验装置及方法。

背景技术

在辐射效应研究过程中，温度是其中一项重要影响因素，调整温度能改变器件辐射感生缺陷的产生和演化过程，从而能够深入了解辐射效应机制；同时，辐照过程中施加高温还是一种有效的加速试验方法，对于器件抗辐射性能评估具有重要意义；此外，温度是研究器件可靠性的重要手段，例如MOS工艺器件的负偏压温度不稳定性研究，就需要为器件施加高温。

然而，目前利用10keV-X射线开展总剂量效应实验或辐照后退火效应研究时，常采用卡盘加热方式为器件加温。这种方式虽然能保证温度恒定，但存在如下问题：

1.射线源用探针台的加热卡盘尺寸较大(8寸)，而总剂量辐照试验用的裸芯片尺寸常在mm量级，全卡盘加热造成了大量热的浪费；

2.加热卡盘面积过大，散热耗时过长，降温过程过于漫长，部分缺陷会在降温过程中发生退火，严重影响了效应规律的准确测量，阻碍了总剂量效应规律分析。

因此，急需一种安全、可行的加温方法，以解决利用10keV-X射线开展总剂量效应辐照实验时对器件施加高温的难题，从而满足电子器件辐射效应研究的需求。

发明内容

本发明提供了一种辐射效应研究试验装置及方法，用于解决现有高温辐照试验过程中由于加热卡盘过大而造成的热浪费的现象以及由于加热卡盘面积过大造成散热时间过长，导致部分缺陷在加热卡盘散热过程中发生退火，最终严重的影响了效应规律的准确测量，阻碍了总剂量效应规律分析的技术问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种辐射效应研究试验装置，包括辐射实验装置，所述辐射实验装置包括探针卡盘和射线管，其特殊之处在于：还包括加热实验装置；

加热实验装置包括底座、加热片、热电偶、固定夹具、温度监测装置、电源以及支柱；

所述支柱的一端连接固定底座，另一端固定连接加热片；

所述固定夹具位于加热片上，用于固定待加热的实验样品；

所述热电偶的输入端与加热片连接，所述热电偶的输出端与温度检测装置电连接；

所述电源与加热片电连接；

所述底座同轴安装在探针卡盘上，所述射线管位于加热片的正上方；

所述探针卡盘的表面积至少为加热片的表面积的100倍。

进一步地，所述固定夹具包括弹力固定端以及直角固定端；

所述直角固定端为在加热片上设置的挡板，挡板上设置有凹槽，所述凹槽用于连接实验样品的一端；所述弹力固定端与直角固定端对应设置，且待加热的实验样品位于弹力固定端与直角固定端之间；弹力固定端包括固定在加热片上的旋转轴以及一端固定在旋转轴上的弹簧，弹簧的另一端用于挤压待加热的实验样品的另一端。

进一步地，所述热电偶的输出端通过信号线与温度监测装置电连接，所述电源通过线缆与所述加热片电连接。

进一步地，所述支柱为四根，四根支柱均匀固定在加热片底面的边沿。

进一步地，所述底座和支柱均为玻璃材料，所述加热片为陶瓷材料。

一种辐射效应研究试验方法，其特殊之处在于，基于上述所述的一种辐射效应研究试验装置，包括以下步骤：

步骤1，将实验样品通过固定夹具固定在加热片的上表面；

步骤2，对实验样品进行扎针，完成辐照加偏或电学参数测量；

步骤3，设置电源到规定的电压值，打开温度监测设备，设置加热片的目标温度值，使得加热片在规定的电压值下维持目标温度值直至实验结束；

步骤4，打开射线管，开始辐照；

步骤5，实验样品上累积至规定总剂量，关闭射线管，停止辐照，关闭电源，停止加热；

步骤6，待加热片和实验样品的温度降低至室温后，对实验样品进行参数测试。

进一步地，所述固定夹具包括弹力固定端以及直角固定端；

所述直角固定端为在加热片上设置的挡板，挡板上设置有凹槽，所述凹槽用于连接实验样品的一端；所述弹力固定端与直角固定端对应设置，且待加热的实验样品位于弹力固定端与直角固定端之间；弹力固定端包括固定在加热片上的旋转轴以及一端固定在旋转轴上的弹簧，弹簧的另一端用于挤压待加热的实验样品的另一端；

步骤1中，实验样品一端固定在挡板上的凹槽，另一端使用弹簧向挡板挤压。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

(1)本发明提出的加热实验装置，由于加热片的表面积相对于探针卡盘的表面积小，使得其升、降温速率大，有效的改善高温辐照试验过程中的升、降温速率，大大提高了高温辐照试验效率，增加了试验数据的有效性，同时有效降低了总剂量效应实验成本。

(2)本发明提出的加热实验装置，能有效实现对实验样品的固定和加热，加热面积小，且由于加热片远离射线管，有效降低了高温传导对射线管的影响，大大提高了辐照试验的安全性。因此，本发明有很好的应用前景。

(3)本发明中，支柱和底座均为玻璃制作，能够防止加热片的热传导。加热片使用陶瓷制作，使得加热片具有较好的温度稳定性和较宽的加热范围，使得加热装置的实验范围更大。

(4)本发明给出的基于加热装置设计开展总剂量效应试验的方法，在利用射线管开展总剂量实验时，能够实现对实验样品进行有效加热，结构简单、可行，易于操作，并且由于陶瓷制作的加热片具有较好的温度稳定性和较宽的加热温度范围，对于高温辐照实验和辐照后退火试验具有重要应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例中微型加热装置结构示意图；

图2为本发明实施例中裸芯片固定结构示意图。

其中，附图标记如下：

1-底座，2-支柱，3-加热片，4-热电偶，5-固定夹具，51-弹力固定端，52-直角固定端，6-温度监测装置，7-电源，8-线缆，9-实验样品，10-射线管，11-探针卡盘。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明做进一步解释。

一种辐射效应研究试验装置，如图1所示，包括加热实验装置和辐射实验装置。加热实验装置包括底座1、支柱2、加热片3、热电偶4、固定夹具5、温度监测装置6以及电源7，辐射实验装置包括探针卡盘11和射线管10。底座1为2-5mm厚的光滑玻璃制备而成，光滑玻璃制作的底座1放置在探针卡盘11的上表面，可以确保探针卡盘的真空泵打开时，底座1能够很好的吸附在探针卡盘11上，射线管10位于加热片3的正上方。

加热实验装置中的四根等长的且玻璃制作的支柱2的一端粘结固定在底座1的上表面，另一端用于固定陶瓷制作的加热片3，这样能够最大程度的阻止加热片3和底座1之间的热传导。固定夹具5位于加热片3上，用于固定实验样品9，实验样品9位于射线管10的正下方，便于进行辐照实验，使得辐照实验更加完善。底座1为玻璃制作。加热片3的表面积远远小于探针卡盘11的表面积，目前，探针卡盘11的尺寸最小为4英寸，加热片的尺寸为0.7×0.7mm或7×7mm或10×10mm的毫米级规格，两者面积相差很大，表面积之比最少为106:1。

电源7与加热片3连接，给加热片3施加工作电压，使得加热片3可以进行加热。

如图2所示，固定夹具5包括弹力固定端51以及直角固定端52。直角固定端52即为在加热片3上设置的挡板，挡板上设置有凹槽，实验样品9的一端固定在凹槽中；弹力固定端51与直角固定端52相对应，包括固定在加热片3上的旋转轴以及弹簧，弹簧的一端固定在旋转轴上，另一端与直角固定端52配合固定实验样品9，弹簧通过旋转轴旋转，使得弹簧正对实验样品9，进而挤压固定实验样品9，弹簧通过旋转轴旋转，使得弹簧偏离实验样品9，此时实验样品9被松开。

在加热板3上放置实验样品时，实验样品9的一端固定在直角固定端的凹槽中，实验样品9的另一端通过弹簧将实验样品向直角固定端挤压，因此，通过弹力固定端51和直角固定端52将实验样品9固定在加热片3上。

加热片3的下表面设置有热电偶4，热电偶4的输入端与加热片3接触，热电偶4的输出端通过信号线与温度监测装置6连接，用于实时监控加热片3温度，并通过温度监测装置6所监测的值来调整电源7施加给加热片3的电压和电流，进而调节加热片3的温度。

基于上述装置的一种辐射效应研究试验方法，具体如下：

步骤1，将实验样品9固定在加热片3的上表面，实验样品9采用裸芯片，裸芯片的一端固定在直角固定端52的凹槽中，另一端通过弹力固定端51的弹簧向直角固定端52挤压，使得裸芯片被锁定，防止在扎针过程中裸芯片移动。

步骤2，对裸芯片进行扎针，给予裸芯片一个辐照加偏或电学参数测量的试验环境。

步骤3，连接加热片3与电源，设置电源到规定的电压值，打开温度监测设备，设置加热片3的目标温度值，使得加热片3在规定的电压值下维持目标温度值直至实验结束。

步骤4，打开射线管10，开始辐照。

步骤5，裸芯片上累积至规定总剂量，关闭射线管10，停止辐照，关闭电源7，停止加热。

步骤6，待加热片3和裸芯片的温度降低至室温后，对裸芯片进行参数测试。