[发明专利]表征电子元件对能量相互作用的敏感性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表征一个电子元件内对能量相互作用敏感性的 方法，能够确定这个元件的最优使用条件。

背景技术

电子元件的运行会受到自身运行其中的诸如自然或人为辐射环 境、或电磁环境的干扰。外部侵害通过与元件的构成材料相互作用产 生寄生电流。寄生电流可能造成元件暂时或持久的运行不良以及使用 该元件的应用的运行不良。

对于自然辐射环境而言，通常被称作奇异效应(effets singuliers) 的这些效应由一些微粒产生。例如，太空中的重离子和质子影响卫星 和运载器的电子设备。在飞机飞行不算太高的高空中，人们注意到尤 其会出现一些中子同样产生这些奇异效应。在地面，同样会碰到类似 的侵害影响电子元件，不论是由于自然环境中的微粒，还是元件外壳 中出现的放射性微粒，或者抗干扰问题，信号完整问题，热能不稳定 问题或方法问题。在本文随后将会更加详细地介绍这些微粒效应，但 是本发明同样适用于不同多样的环境产生的同种类型的效应。

由外部侵害造成的故障引起的物理现象多种多样。然而，可以将 故障分为几大类。本发明尤其适用于一部分由辐射环境或电磁环境产 生的效应，这些效应由于寄生电流的产生和这些寄生电流的放大和/ 或维持现象的相结合作用而产生。

例如，在元件的一部分中的被称作锁定或单粒子锁定或SEL(人 们也称之为微锁定)的寄生晶闸管的整个或者局部地触发 (déclenchement)、被称作阶跃恢复(snapbacks)或SES的寄生双 极晶体管的触发、涉及寄生双极结构的触发和放大和或所谓的单粒子 烧毁或SEB的寄生电流维持现象的相结合作用的故障。这些效应对于 元件来说可能是或不是破坏性的。

更为精确地，一个微粒或者一种辐射与物质的相互作用可以产生 电子电荷和空穴。在一定条件下，这些电荷可导致触发一个或多个寄 生结构。这些结构被定性为寄生的，因为虽然出现在元件内部，当元 件处于正常运行体系时，这些结构绝不会被激活。

这些触发的条件主要与生成的电荷的数量，电荷生成的位置和 (空间的和时间的)形式相关。

但是，大部分的时间，由生成电荷导致的这些寄生结构的触发并 不足以引起元件的故障。第二个现象可保持或放大由第一个现象生成 的寄生电流。第二个现象的触发主要与元件内在特征(掺杂水平，元 件的物理结构…)以及元件使用条件，尤其是偏置、频率和温度…… 相关。

例如，SEB现象可在功率元件中触发。这些功率元件可以是，例 如MOS场效应晶体管，MOSFET，绝缘栅双极型晶体管IGBT，源 于英语的Insulated Gate Bipolar Transistor，或功率二极管或其他。例 如，图1示出，对于一个N型、硅质、(漏-源正电压)偏置、初始状 态为截止并附有一个寄生双极结构的MOSFET晶体管，自然辐射环 境的一个微粒和这个晶体管的材质硅之间的(直接或间接)相互作用 使得在元件中产生一定数量的电子-空穴对。在电场和扩散现象影响 下，这些电荷移动，从而在结构中形成一股寄生电流。在一定条件下， 尤其在生成电荷并且生成数量众多的电荷的条件下，寄生电流使得原 本截止的源极-阱(caisson)直接(正向en direct)导通。随着这个源 极-阱结变导通，阱-漏极结被反向偏置，一个寄生双极晶体管，源极- 阱-漏极被触发。源极为发射极，阱为基极，漏极为集电极。在没有出 现放大或保持情况时，当微粒-硅相互作用生成电荷并没有完全排出 时，这个寄生结构依然导通。然后，结构被再一次截止，元件重新正 常运行。然而，根据一些参数，尤其是施加在漏极的偏置电压，元件 的温度和内部技术，这些条件应同时满足以便最初在阱-漏极结(很强 的反极性)出现撞击电离并放大和保持源极-阱-漏极寄生双极结构的 寄生电流。一般在缺乏保护时，寄生电流的放大会导致对元件的破坏。

这个例子表征了SEB现象在两种现象结合作用下出现：出现一 种寄生结构和寄生电流的放大-保持。

初始寄生电流放大或保持现象的物理性质根据辐射效应和元件 的类型而变化。在SEB现象的情况下，涉及的是由撞击电离产生的电 流的放大-保持。在SEL现象的情况下，对于CMOS技术，由于寄生 双极结构的出现与第一个的关联而产生电流的放大-保持，并且后果是 暂时的、持久的或破坏性的。