一种半导体器件辐射剂量率效应激光模拟系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体器件辐射效应研究领域，主要涉及一种半导体电子器件剂量率 效应激光模拟系统。
【背景技术】
[0002] 半导体器件辐射剂量率效应研究是抗辐射电子学的重要研究内容之一。目前该研 究主要依赖于大型地面辐射模拟装置。这种方式存在一定局限性，诸如辐射测量范围有限、 参数调节非常困难、改变辐射种类和能量需要的时间长、对被测器件有损伤、难于精确地提 供器件在辐射下的时间和空间信息、需要严格的辐射屏蔽和保护措施等。难以满足科研人 员在设计初期，在实验室中灵活、快捷、安全地对半导体器件的辐射剂量率效应进行测试和 研究的需求。由于激光可以在半导体器件内产生同某些辐射效应相近的电学特征，激光模 拟系统可用于半导体器件辐射效应敏感性测试、抗辐射加固器件的批量筛选以及防护措施 验证中。而当前国外的激光模拟剂量率效应系统存在不能定位半导体器件中的敏感层以及 敏感单元等问题，限制了其在实际中的应用。
【发明内容】
[0003] 针对地面模拟装置的固有限制，以及当前激光模拟剂量率效应系统存在的不足， 本发明提出了一种可定位半导体器件敏感层以及敏感位置的半导体器件辐射剂量率效应 激光模拟系统。
[0004] 本发明的技术方案如下： 一种半导体器件辐射剂量率效应激光模拟系统，其特征在于：包括脉冲激光产生与调 节系统、测试系统和控制系统； 激光产生与调节系统，用于产生脉冲激光，并且对激光能量进行调节； 测试系统，用于将激光形成工作光斑辐照在半导体器件上，并且测量剂量率效应的电 信号； 控制系统，用于控制模拟过程中的能量衰减、敏感位置定位和数据采集。
[0005] 所述激光产生与调节系统包括脉冲激光器、光学基板、双层滚轮组合滤光片、可变 衰减器、非偏振分光棱镜；脉冲激光器产生脉冲激光，激光依次经光学基板的反射后，再依 次经过双层滚轮组合滤光片、可变衰减器进行能量衰减和调节，然后经过非偏振分光棱镜 形成两束能量相等的激光I、激光II，其中激光I进入测试系统，激光II进入控制系统。
[0006] 所述测试系统包括激光能量计、CXD摄像头、照明光导入组件、同轴观察镜筒、激光 导入组件、电控切换台、聚焦物镜或扩束镜、示波器、被测器件、真空吸附台、三维运动精密 控制平台、直流电源、显示器；激光能量计接收到经过激光产生与调节系统后的激光I，激 光I依次经过激光导入组件到达聚焦物镜或扩束镜，经过聚焦物镜聚焦或扩束镜扩束后形 成工作光斑到达被测器件，对被测器件的局部或者整体照射，被测器件吸收激光I的能量 后产生辐射剂量率效应信号，然后被示波器捕捉测量；所述辐射剂量率等效电信号是激光 福射致光电流。
[0007] 所述控制系统包括控制器、数据采集卡；控制器通过控制可变衰减器的衰减大小， 进而控制工作激光的能量；控制器通过控制三维精密位移平台，进而调节被测器件与行程 的工作光斑的相对位置；控制器通过控制数据采集卡，进而控制示波器测试数据采集和 CCD摄像头图像采集；控制器通过控制电控切换台，进而控制工作光斑的大小。
[0008] 进一步的，所述激光产生与调节系统至少包含一个光学基板，且光学基板是楔形 光学基板，或者是第二面镀增透膜的平面基板，或者是直角棱镜。
[0009] 优选的，所述脉冲激光器的脉冲宽度小于10ns，产生的激光波长为532nm，或者 1064nm ;所述脉冲激光器可以为纳秒激光器。
[0010] 优选的，所述可变衰减器是由一个可变式分光镜与一个光学修正板组成，或者是 由一个零级1/2波长板与一个偏振分光棱镜组成。
[0011] 优选的，所述双层滚轮组合滤光片所用滤光片为吸收型滤光片。
[0012] 优选的，在相同环境下，不随时间改变，所述非偏振分光棱镜的反射透射比最优为 1 :1〇
[0013] 由激光产生与调节系统产生的激光中未被利用的旁路激光由激光陷阱束缚。
[0014] 所述光学基板和双层滚轮组合滤光片之间一个光阑，光阑用于滤除杂散光和旁路 激光。
[0015] 所述三维运动精密控制平台重复定位精度大于0. 01 μ m。
[0016] 所述示波器的带宽大于4GHz。
[0017] 所述工作光斑直径小于40mm。
[0018] 本发明的有益效果如下： 本发明提出的半导体器件辐射剂量率效应激光模拟系统通过电控切换台切换物镜和 扩束镜，灵活地选择对光斑进行聚焦或扩束。本发明提出的模拟系统是一种可用于实验室 研究的模拟系统，可作为大型地面模拟装置的有效补充，降低了试验成本，提高了试验效 率，缩短了抗辐射加固设计的设计周期。该系统克服了现有的国外模拟系统的不足，可定位 半导体器件中的敏感层以及敏感单元，并且可以大范围内连续调节激光能量。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明实例半导体器件辐射剂量率效应激光模拟系统示意图； 图2为本发明的激光经过楔形光学基板的反射透射情况示意图； 图3为本发明的双层滤光片滚轮的示意图； 图4为本发明的可变衰减器形式I的示意图； 图5为本发明的可变衰减器形式II示意图。
[0020] 其中，附图标记为：1脉冲激光器，2第I光学基板，3第II光学基板，4双层滚轮组 合滤光片，5可变衰减器，6非偏振分光棱镜，7激光能量计，8 CCD摄像头，9照明光导入组 件，10同轴观察镜筒，11激光导入组件，12电控切换台，13聚焦物镜或扩束镜，14示波器，15 被测器件，16真空吸附台17三维运动精密控制平台，18直流电源，19显示器，20控制器，21 数据采集卡，25楔形光学基板的第一表面，26楔形光学基板的第二表面，27第一表面的反 射光，28第二表面的反射光，29透射光，30滤光片安装孔，31第一层滤光片滚轮，32可变分 光镜，33修正光学平板，34第I遮光板，35第II遮光板，36零级1/2波长板，37偏振分光棱 镜。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图对本发明实例进行详细的描述。
[0022] 参见图1，半导体器件辐射剂量率效应激光模拟系统包括脉冲激光产生与调节系 统22、测试系统23和控制系统24。
[0023] 激光产生与调节系统22包括脉冲激光器1、第I光学基板2、第II光学基板3、双层 滚轮组合滤光片4、可变衰减器5、非偏振分光棱镜6 ; 测试系统23包括激光能量计7、(XD摄像头8、照明光导入组件9、同轴观察镜筒10、激 光导入组件11、电控切换台12、聚焦物镜或扩束镜13、示波器14、被测器件15、真空吸附台 16、三维运动精密控制平台17、直流电源18、显示器19 ;控制系统包括控制器20、数据采集 卡21 ; 脉冲激光器1产生脉冲激光，激光脉宽为ns级，重复频率可调，激光波长为532nm及 1064nm，偏振态为线性偏振光。
[0024] 参见附图2,脉冲激光照射到楔形光学基板，利用玻璃表面固有的3. 5%_4%反射率 的特性，第一表面的反射激光能量27被衰减为入射激光能量的3. 5%-4%，系统中楔形光学 基板的数量可根据实际情况调整，实现安全、简便、高效率地衰减激光能量。
[0025] 当脉冲激光器1产生的脉冲激光的能量值为j、第I光学基板2的反射率为第 II光学基板3的反射率也为#时，经过第I光学基板2反射后，激光的能量值衰减为2/岁， 再照射到第II光学基板3反射后，激光能量值为的激光。
[0026] 参见附图3,将具有不同透过率的滤光片安装在滤光片安装孔30,旋转两层滚轮 可以选择多种透过率组合，从而使楔形光学基板反射后的脉冲激光，被双层滚轮组合滤光 片4衰减，实现激光能量值粗调，能量值为3/声的激光经过双层滚轮组合滤光片4后衰减 成具有不同能量值的激光。
[0027] 脉冲激光通过双层滚轮组合滤光片4衰减后，将通过可变衰减器5,经过可变衰减 器5衰减成可连续调节能量的工作激光。
[0028] 可变衰减器5有两种形式： 可变衰减器5的形式I参见图4,电机驱动旋转可变分光镜32,改变线偏振脉冲激光入 射角度从而改变透过光束和反射光束的光量比例，实现能量连续精确可调。修正光学平板 33旋转角度与可变分光镜相同，旋转方向相反，从而补偿可变分光