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电离辐射耦合下的NBTI测试方法与装置实用新型专利

更新时间:2024-03-15
电离辐射耦合下的NBTI测试方法与装置实用新型专利 专利申请类型:实用新型专利;
地区:广东-广州;
源自:广州高价值专利检索信息库;

专利名称:电离辐射耦合下的NBTI测试方法与装置

专利类型:实用新型专利

专利申请号:CN202111205617.3

专利申请(专利权)人:中国电子产品可靠性与环境试验研究所((工业和信息化部电子第五研究所)(中国赛宝实验室))
权利人地址:广东省广州市增城区朱村街朱村大道西78号

专利发明(设计)人:彭超,高汭

专利摘要:本申请涉及一种电离辐射耦合下的NBTI测试方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括:在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力;获取每段应力电压对应的阈值电压漂移;根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂指数模型;提取NBTI效应幂指数模型的参数;根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评估。采用本方法能够同时考虑了总剂量辐射和NBTI效应对器件可靠性的影响,解决在辐射耦合下的NBTI寿命评估问题,通过对一个器件施加步进电压应力就可以获取器件的性能随时间变化的幂指数关系,大大地节省所需样品器件的数量,简化了测试流程,提高了效率。

主权利要求:
1.一种电离辐射耦合下的NBTI测试方法,其特征在于,所述方法包括:在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力;
获取每段应力电压对应的阈值电压漂移;
根据所述每段应力电压对应的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂指数模型;
提取所述NBTI效应幂指数模型的参数;
根据所述NBTI效应幂指数模型的参数,对所述样品器件进行寿命评估,其中,所述提取所述NBTI效应幂指数模型的参数包括:监测所述样品器件在步进电压应力下产生的NBTI效应,得到每段应力电压对应的阈值电压漂移;
根据所述每段应力电压对应的阈值电压漂移,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据,结合所述NBTI效应幂指数模型,得到有效时间幂函数模型;
通过数学拟合得到时间幂指数值;
根据所述有效时间幂函数模型和时间幂指数值,获取相应的电压幂指数值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力之前,还包括:确定辐照源类型、辐照总剂量;
对样品器件进行总剂量辐照,使所述样品器件处于电离辐射的环境中。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对样品器件施加步进电压应力之前,还包括:获取所述样品器件的初始转移特性曲线;
根据所述初始转移特性曲线,选取恒定测试电压;
获取在所述恒定测试电压下的初始漏端电流值;
所述获取每段应力电压对应的阈值电压漂移包括:根据所述初始漏端电流值,提取每段应力电压对应的阈值电压漂移。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述提取每段应力电压对应的阈值电压漂移包括:采用OTF快速测试方法提取每段应力电压对应的阈值电压漂移。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述采用OTF快速测试方法提取每段应力电压对应的阈值电压漂移包括:在每段应力电压的测量时间节点将应力电压降至所述恒定测试电压;
获取所述样品器件在所述恒定测试电压下的漏端电流值;
根据所述漏端电流值与所述初始漏端电流值,得到漏端电流值的变动量;
根据所述漏端电流值的变动量,计算出阈值电压漂移。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述NBTI效应幂指数模型的参数,对所述样品器件进行寿命评估包括:获取所述样品器件失效时的阈值电压漂移;
根据所述NBTI效应幂指数模型的参数和样品器件失效时的阈值电压漂移计算所述样品器件的寿命时间。
7.一种电离辐射耦合下的NBTI测试装置,其特征在于,所述装置包括:电离辐照模块,用于对样品器件进行总剂量辐照;
应力施加模块,用于对所述样品器件施加步进电压应力;
数据处理模块,用于获取样品器件在测试电压下的漏端电流值;计算每段应力电压对应的阈值电压漂移;提取NBTI效应幂指数模型的参数;计算样品器件的寿命时间,其中,所述数据处理模块还用于监测所述样品器件在步进电压应力下产生的NBTI效应,得到每段应力电压对应的阈值电压漂移;根据所述每段应力电压对应的阈值电压漂移,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据,结合所述NBTI效应幂指数模型,得到有效时间幂函数模型;通过数学拟合得到时间幂指数值;根据所述有效时间幂函数模型和时间幂指数值,获取相应的电压幂指数值。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述电离辐照模块还用于确定确定辐照源类型、辐照总剂量;对样品器件进行总剂量辐照,使样品器件处于电离辐射的环境中。
9.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。 说明书 : 电离辐射耦合下的NBTI测试方法与装置技术领域[0001] 本申请涉及器件可靠性测试技术领域,特别是涉及一种电离辐射耦合下的NBTI(NegativeBiasTemperatureInstability,负偏压温度不稳定性)测试方法、装置、计算机设备以及存储介质。背景技术[0002] 随着航天技术的高速发展,越来越多MOS(Metal‑Oxide‑SemiconductorField‑EffectTransistor,金氧半场效晶体管)集成电路处于空间辐射环境中。辐射释放的高能粒子在入射到集成电路中时会沿着其运行径迹沉淀能量并电离出电子‑空穴对,在器件有源区和氧化层中形成瞬态电流或陷阱电荷,导致MOS集成电路出现电路功能错误、性能退化甚至永久性失效,最终造成空间飞行器运行故障。其中,随着辐射剂量不断累积所产生的效应,称为TID(TotalIonizingDose,总电离剂量)效应。其会在半导体器件的介质层中产生陷阱电荷,最终导致MOS器件性能的永久退化。[0003] 随着国内外航天活动由地球探测不断向深空探测拓展,导致航天器所面临的辐射环境也发生变化,对MOS集成电路的抗辐射性能和可靠性都提出了更高的要求。深空探测任务具有探测目标远、飞行时间长、所处环境动态多变等特点,MOS器件暴露在各种辐射射线的同时也经历长期温度、电压等应力作用,器件性能在辐射效应和自身可靠性问题双重应力下发生的退化将不同于单一应力下的变化,存在辐射损伤和应力老化的双重高风险。其中,NBTI是纳米MOS器件和集成电路面临的最主要的可靠性问题,通常发生在施加高温和栅压负偏置应力下的PMOSFET(positivechannelMetalOxideSemiconductor,P型金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管)器件中,由于器件的栅氧化层中产生了带正电的氧化层陷阱和界面陷阱,导致器件的阈值电压绝对值增大、饱和电流、跨导减小等退化。因此,有必要研究在总剂量辐射耦合下MOS器件的NBTI效应测试方法,为航用的MOS器件的抗辐射加固和可靠性评估提供理论依据,从而支撑未来航天技术发展的需求。[0004] 目前,在现有的技术中,需要选择多个样品器件,通过将多个样品器件分组置于不同的偏置电压环境下,对辐照后的样品器件分别进行电学测试,分析获得各自的阈值电压漂移等电学特性参数去完成对器件的可靠性进行评估。上述这种测试方法存在过程步骤繁杂,效率低下的问题。发明内容[0005] 基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种高效的电离辐射耦合下的NBTI测试方法、装置、计算机设备和存储介质。[0006] 一种电离辐射耦合下的NBTI测试方法,包括:[0007] 在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力;[0008] 获取每段应力电压对应的阈值电压漂移;[0009] 根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂指数模型;[0010] 提取NBTI效应幂指数模型的参数;[0011] 根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评估。[0012] 在其中一个实施例中,在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力之前,还包括:[0013] 确定辐照源类型,辐照总剂量;[0014] 对样品器件进行总剂量辐照,使样品器件处于电离辐射的环境中。[0015] 在其中一个实施例中,对样品器件施加步进电压应力之前,还包括:[0016] 获取样品器件的初始转移特性曲线;[0017] 根据初始转移特性曲线中,选取恒定测试电压;[0018] 获取在恒定测试电压下的初始漏端电流值;[0019] 提取每段应力电压对应的阈值电压漂移,包括:[0020] 根据初始漏端电流值,提取每段应力电压对应的阈值电压漂移。[0021] 在其中一个实施例中,提取每段电压应力对应的阈值电压漂移,还包括:[0022] 采用OTF快速测试方法提取每段应力电压对应的阈值电压漂移。[0023] 在其中一个实施例中,采用OTF快速测试方法提取每段应力电压对应的阈值电压漂移,包括:[0024] 在每段应力电压的测量时间节点将应力电压降至恒定测试电压;[0025] 获取样品器件在恒定测试电压下的漏端电流值;[0026] 根据漏端电流值与初始漏端电流值,得到漏端电流值的变动量;[0027] 根据漏端电流值的变动量计算出阈值电压漂移。[0028] 在其中一个实施例中,提取NBTI效应幂律指数模型的参数,还包括:[0029] 监测样品器件在步进电压应力下产生的NBTI效应,得到每段应力电压对应的阈值电压漂移;[0030] 根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据,结合NBTI效应幂律指数模型,得到有效时间幂函数模型;[0031] 通过数学拟合得到时间幂指数值;[0032] 根据有效时间幂函数模型和时间幂指数值,获取相应的电压幂指数值。[0033] 在其中一个实施例中,根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评估,还包括:[0034] 获取样品器件失效时的阈值电压漂移;[0035] 根据NBTI效应幂指数模型的参数和样品器件失效时的阈值电压漂移,计算样品器件的寿命时间。[0036] 一种电离辐射耦合下的NBTI测试装置,装置包括:[0037] 电离辐照模块,用于对样品器件进行总剂量辐照;[0038] 应力施加模块,用于对样品器件施加步进电压应力;[0039] 数据处理模块,用于获取样品器件在测试电压下的漏端电流值;计算每段应力电压对应的阈值电压漂移;提取NBTI效应幂指数模型的参数;计算样品器件的寿命时间。[0040] 一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时实现以下步骤:[0041] 在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力;[0042] 获取每段应力电压对应的阈值电压漂移;[0043] 根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂指数模型;[0044] 提取NBTI效应幂指数模型的参数;[0045] 根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评估。[0046] 一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:[0047] 在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力;[0048] 获取每段应力电压对应的阈值电压漂移;[0049] 根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂指数模型;[0050] 提取NBTI效应幂指数模型的参数;[0051] 根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评估。[0052] 上述电离耦合下的NBTI测试方法、装置、计算机设备和存储介质,通过将MOS器件置于电离辐射耦合环境中,对器件的栅端施加步进电压应力,提取每段应力电压的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂律指数模型,进而对NBTI效应幂指数模型的参数进行提取,根据提取NBTI效应幂指数模型的参数实现对器件寿命的评估。同时考虑了总剂量辐射和NBTI效应对器件可靠性的影响,解决在辐射耦合下的NBTI寿命评估问题,通过对一个器件施加步进电压应力就可以获取器件的性能随时间变化的幂指数关系,大大地节省所需样品器件的数量,简化了测试流程,提高了效率。附图说明[0053] 图1为一个实施例中电离辐射耦合下的NBTI测试方法的应用环境图;[0054] 图2为一个实施例中电离辐射耦合下的NBTI测试方法的流程示意图;[0055] 图3为一个实施例中在电离辐射耦合的环境中对样品器件施加步进电压应力的应用环境图;[0056] 图4为一个实施例中在电离辐射耦合的环境中对样品器件施加步进电压应力的应用环境图;[0057] 图5为一个实施例中采用OTF快速测试方法提取每段应力电压对应的阈值电压漂移的流程示意图;[0058] 图6为一个实施例中步进应力电压下降至恒定测试电压的示意图;[0059] 图7为一个实施例中提取NBTI效应幂律指数模型的参数的流程示意图;[0060] 图8为一个实施例中根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评的流程示意图;[0061] 图9为一个实施例中电离辐射耦合下的NBTI测试装置的结构框图;[0062] 图10为一个实施例计算机设备的内部结构图;具体实施方式[0063] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。[0064] 本申请提供的电离辐射耦合下的NBTI测试方法,可以应用于如图1所示的应用环境中。如图1所示,在处理器104控制下,电离辐照器101对样品器件103进行总剂量辐照,使样品器件处于电离辐射的环境下,应力施加器102对样品器件施加步进电压应力。处理器104获取每段应力电压对应的阈值电压漂移,对得到的阈值电压漂移数据进行分析处理,得到NBTI效应幂指数模型;提取出NBTI效应幂指数模型的参数以计算出样品器件的寿命时间。其中,处理器104具体可以是具有数据处理功能和数据存储功能的数据处理芯片等。在一个实施例中,如图2所示,提供了一种电离辐射耦合下的NBTI测试方法,本实施例以该方法应用于终端进行举例说明,本实施例中,该方法包括以下步骤:[0065] S201,在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力。[0066] 其中,电离辐射的环境是指在对样品器件进行总剂量辐照时,样品器件所处于的环境;步进电压应力是指以恒定步长增长的电压应力。[0067] 具体地,电离辐照器101对样品器件进行总剂量辐照,使其处于电离辐射耦合的环境中。[0068] 在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力时,可以在对样品器件进行总剂量辐照的同时施加步进电压应力,即一边用电离辐照器101对样品器件进行总剂量辐照,一边用应力施加器102对器件施加步进电压应力,如图3所示;也可以在总剂量辐照结束后再施加步进电压应力,即在ON偏置的状态下(器件栅端施加恒定额定工作电压‑VDD,其他端接地),电离辐照器101按照一定的剂量率对样品器件进行辐照,直到达到目标总剂量,停止辐照,接着应力施加器102对辐照后的样品器件施加步进电压应力,如图4所示。[0069] 对器件施加步进电压应力,首先给器件加一个较低的栅端应力电压Vgst(1),应力持续时间Δt。之后应力电压步进为一个较大的电压Vgst(2)(|Vgst(2)|>|Vgst(1)|),继续加应力Δt时间。依次类推,以恒定的步长ΔVgst增加应力电压直到Vgst(n)。例如:首先在Vgs=‑2.1V下施加1000s的应力,然后在‑2.4V下再施加1000s的应力,按步长ΔVgst=‑0.3V直到应力电压达到‑3.9V。[0070] S202,获取每段应力电压对应的阈值电压漂移。[0071] 其中,阈值电压漂移是指阈值电压的变化量,是器件在NBTI效应下产生退化的主要特征和器件失效的主要判据。在NBTI效应的作用下,器件发生阈值电压漂移,从而影响器件性能退化甚至失效,影响器件的寿命。[0072] 具体地,先将器件施加步进应力的每段应力时间的持续时间按照t=100.6+0.2n,n=1,2,3…,的规律将应力持续时间划分几个测量时间节点,保证时间在对数坐标上呈线性增加,便于后续的器件寿命时间计算。例如在每个1000s应力段,将1000s划分成5s、10s、16s、25s、40s、63s、100s、160s、250s、400s、630s和1000s的测量时间节点。接着在测量时间节点将施加的应力电压降至一个恒定测试电压,测量恒定测试电压下的漏端电流,处理器104通过对比测量时间节点的恒定测试电压下的漏端电流和施加应力前恒定测试电压下的初始漏端电流,获得漏端电流变化量,根据求得的漏端电流变化量,计算出每段应力电压对应的阈值电压漂移。[0073] S203,根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂指数模型。[0074] 其中,NBTI效应幂指数模型指的是在NBTI效应作用下导致的阈值电压漂移随时间和电压应力之间呈幂指数关系。[0075] 具体地,处理器104获取了每段应力电压对应的阈值电压漂移后,对获得的阈值电压漂移数据进行总结分析处理,得到如下NBTI效应幂指数模型:[0076][0077] 其中,ΔVth为NBTI导致的阈值电压漂移(mv),A为拟合参数,Vgt=Vgs‑Vth为过驱动电压(v),m为电压幂指数,n为时间幂指数。[0078] S204,提取NBTI效应幂指数模型的参数。[0079] 其中,NBTI效应幂指数模型的参数指的是NBTI效应幂指数模型中的电压幂指数m和时间幂指数n。[0080] 具体地,处理器104在获取了每段应力电压对应的阈值电压漂移后,根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据,结合NBTI效应幂律指数模型得到有效时间幂函数模型;接着处理器104通过数学拟合得到时间幂指数值n;根据有效时间幂函数模型和时间幂指数值,获取相应的电压幂指数值m,完成对NBTI效应幂指数模型参数的提取。[0081] S205,根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评估。[0082] 其中,寿命评估是指对器件的寿命时间进行推算,评估器件正常工作时的寿命。[0083] 具体地,处理器104获取器件失效时阈值电压漂移数据,结合提取的NBTI效应幂指数模型参数,计算出器件的最终失效的应力时间,得到器件的寿命时间数据,完成对器件的寿命评估。[0084] 上述电离辐射耦合下的NBTI测试方法,通过将MOS器件置于电离辐射耦合环境中,对器件的栅端施加步进电压应力,提取每段应力电压各个测量时间的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂律指数模型,进而对NBTI效应幂指数模型的参数进行提取,根据提取NBTI效应幂指数模型的参数实现对器件寿命的评估。同时考虑了总剂量辐射和NBTI效应对器件可靠性的影响,解决在辐射耦合下的NBTI寿命评估问题,通过对一个器件施加步进电压应力就可以获取器件的性能随时间变化的幂指数关系,大大地节省所需样品器件的数量,简化了测试流程,提高了效率。[0085] 在一个实施例中,在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力之前还包括:[0086] S301,确定辐照源类型、辐照总剂量。[0087] S302,对样品器件进行总剂量辐照,使样品器件处于电离辐射的环境中。[0088] 具体地,选择国际通用的60Coγ射线作为辐射源,预设辐照的总剂量为500krad60(Si)。使用 Coγ辐射源对器件进行总剂量辐照,使其处于电离辐射的环境中。[0089] 本实施例中,通过预先确定好60Coγ射线的总剂量再对器件进行辐照,将其置于电离辐射耦合的环境中,可以防止辐射过度影响试验的结果。[0090] 在一个实施例中,在对样品器件施加步进电压应力之前,还包括:[0091] S401,获取样品器件的初始转移特性曲线;[0092] S402,根据的初始转移特性曲线,选取恒定测试电压;[0093] S403,获取在恒定测试电压下的初始漏端电流值;[0094] 提取每段应力电压对应的阈值电压漂移,包括:根据初始漏端电流值,提取每段应力电压对应的阈值电压漂移。[0095] 其中,初始转移特性曲线是指在施加应力前,器件漏源电压Vds=0.1V时,漏端电流Ids随栅源电压Vgs变化而变化的曲线;恒定测试电压是指一个恒定不变的用于测量漏端电流值的电压;初始漏端电流是指在对样品器件施加电压应力前,样品器件在恒定测试电压下的漏端电流值。[0096] 具体地,在对样品器件施加电压应力前,测量样品器件在扫描栅电压下的漏端电流,根据测量出的漏端电流数据得出器件的初始转移特性曲线。[0097] 在已获得的初始特性曲线上,选取一个略大于施加电压应力前的初始阈值电压的栅源电压作为恒定测试电压。根据已经获得的初始转移特性曲线,获取在恒定测试电压下的漏端电流,得到初始漏端电流。[0098] 在本实施例中,通过在应力试验前,对器件测试一次完整转移特性曲线,获得初始漏端电流,体现器件在被施加电压应力前的初始状态,为后续根据漏端电流变化量计算阈值电压漂移提供了依据。[0099] 在一个实施例中,如图5所示,采用OTF快速测试方法提取每段应力电压对应的阈值电压漂移,包括:[0100] S501,在每段应力电压的测量时间节点将应力电压降至恒定测试电压。[0101] 具体地,在测量时间节点上,改变器件栅极上的应力电压,将其下降至恒定测试电压,如图6所示。例如恒定测试电压为1.0v,在测量时间节点10s处将应力电压2.4v下降至1.0v。[0102] S502,获取样品器件在恒定测试电压下的漏端电流值。[0103] 具体地,在测量时间节点将应力电压下降至恒定应力电压后,测量在恒定测试电压下的漏端电流。[0104] S503,根据漏端电流值与初始漏端电流值,得到漏端电流值的变动量。[0105] 具体地,对比测量时间节点的漏端电流值与初始漏端电流值,两者求差得到漏端电流值相对于初始漏端电流值的变动量ΔIds。[0106] S504,根据漏端电流值的变动量计算出阈值电压漂移。[0107] 具体地,采用下述公式根据漏端电流的变动量及线性区斜率来计算阈值电压漂移:[0108] ΔVth=ΔIds/线性区的斜率;[0109] 其中,线性区的斜率是根据施加应力前的初始转移特性曲线,通过两点法计算求得。ΔIds代表漏端电流的变动量,ΔVth代表阈值电压漂移。[0110] 在本实施例中,通过采用OTF快速测试方法去提取每段应力电压对应的阈值电压漂移,将应力电压直接降至恒定测试电压进行快速测试,使得器件栅端几乎一直处于应力状态下,这样可以最大限度地减少应力和测量阶段之间可能出现的缺陷退火,避免了在此过程中发生的恢复效应,确保NBTI效应测试结果的准确性。[0111] 在一个实施例中,如图7所示,提取NBTI效应幂律指数模型的参数。[0112] S701,监测样品器件在步进电压应力下产生的NBTI效应,得到每段应力电压对应的阈值电压漂移。[0113] 具体地,监测样品器件在步进电压应力下产生的NBTI效应,采集每段应力电压对应的阈值电压漂移数据。[0114] S702,根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据,结合NBTI效应幂律指数模型,得到有效时间幂函数模型。[0115] 具体地,在获得每段应力电压对应的阈值电压漂移数据后,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据。例如:加应力电压‑2.1v后400s时的阈值电压漂移与加应力电压‑3.0v后100s时的阈值电压漂移相等,都为50mv。这样在‑3.0v应力电压下100s产生的退化归一化到‑2.1v应力电压下产生的退化,得到的等效应力时间就为400s。[0116] 对两个不同应力电压下的阈值电压漂移数据进行归一化处理时,假设不同应力电压下产生了同样的阈值电压漂移。根据NBTI效应幂律指数模型,可以得到如下表达式:[0117][0118] 即在一个较高的应力电压的较短的时间t内产生的退化相当于在较低的应力电压的较长的时间内产生的退化。[0119] 其中,teff代表的是有效应力时间。[0120] 对上述表达式进行转换,得到如下有效时间幂函数模型:[0121][0122] 根据得到的有效时间幂函数模型实现步进应力产生的退化数据转化为恒定应力(选定为第一段应力电压)在有效时间内产生的退化数据。[0123] S703,通过数学拟合得到时间幂指数值。[0124] 具体的,根据第一段应力电压下测试得到的阈值电压漂移随时间的变化关系,拟合得到时间幂指数n。[0125] S704,根据有效时间幂函数模型和时间幂指数值,获取相应的电压幂指数值。[0126] 具体地,获得了时间幂指数值n后,将不同应力下的阈值电压漂移数据按照有效时间幂函数模型转化为第一段应力下的阈值电压漂移,得到相应的电压幂指数值m。[0127] 在本实施例中,根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据,结合NBTI效应幂律指数模型,得到的有效时间幂函数模型,可以将步进电压应力产生的退化数据转化为恒定电压应力在有效时间内产生的退化数据,步进电压应力可以加速器件的退化,能在较短的时间内得到器件失效数据。即可以在短时间内获取器件在恒定电压应力在有效时间内产生的退化数据,缩短试验的周期,提高效率。提取有效时间幂函数模型的参数m,n的值,用于后续的计算器件寿命时间。[0128] 在一个实施例中,如图8所示,根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评估,包括以下步骤:[0129] S801,获取器件失效时的阈值电压漂移;[0130] S802,根据NBTI效应幂指数模型的参数和样品器件失效时的阈值电压漂移,计算样品器件的寿命时间。[0131] 其中,器件失效是指器件在应力的作用下性能发生永久性退化的情况,参数退化量达到一定的程度作为器失效的判据。[0132] 具体地,当阈值电压漂移达到一定的程度时,表示器件已经失效。例如:当阈值电压漂移|ΔVth|=100mV,此时器件已经失效。在获得器件失效时的阈值电压漂移ΔVth与NBTI效应幂指数模型的参数m,n后,结合NBTI效应幂指数模型,计算出器件在正常工作电压下的失效应力时间t,即器件的寿命时间。[0133] 在本实施例中,通过获取器件失效时的阈值电压漂移,NBTI效应幂指数模型的参数m,n,结合NBTI效应幂指数模型就可以直接快速求得器件正常工作电压下的失效应力时间,即器件的寿命时间。[0134] 在一个实施例中,如图9所示,提供了一种电离辐射耦合下的NBTI测试装置,包括:电离辐照模块901、应力施加模块902和数据处理模块903:[0135] 电离辐照模块901,用于对样品器件进行总剂量辐照;[0136] 应力施加模块902,用于对样品器件施加步进电压应力;[0137] 数据处理模块903,用于获取样品器件在测试电压下的漏端电流值,计算每段应力电压对应的阈值电压漂移;提取NBTI效应幂指数模型的参数;计算样品器件的寿命时间。[0138] 在一个实施例中,电离辐照模块901还用于确定辐照源类型、辐照总剂量;对样品器件进行总剂量辐照,使样品器件处于电离辐射的环境中。[0139] 在一个实施例中,数据处理模块903还用于获取样品器件的初始转移特性曲线;根据初始转移特性曲线,选取恒定测试电压;获取在恒定测试电压下的初始漏端电流值;提取每段应力电压对应的阈值电压漂移,包括:根据初始漏端电流值,提取每段电压应力对应的阈值电压漂移。[0140] 在一个实施例中,数据处理模块903还用于采用OTF快速测试方法提取每段应力电压对应的阈值电压漂移。[0141] 在一个实施例中,数据处理模块903还用于在每段应力电压的测量时间节点将应力电压降至恒定测试电压;获取样品器件在恒定测试电压下的漏端电流值;根据漏端电流值与初始漏端电流值,得到漏端电流值的变动量;根据漏端电流值的变动量计算出阈值电压漂移。[0142] 在一个实施例中,数据处理模块903还用于监测样品器件在步进电压应力下产生的NBTI效应,得到每段应力电压对应的阈值电压漂移;根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据,结合NBTI效应幂律指数模型,得到有效时间幂函数模型;通过数学拟合得到时间幂指数值;根据有效时间幂函数模型和时间幂指数值,获取相应的电压幂指数值。[0143] 在一个实施例中,数据处理模块903还用于获取样品器件失效时的阈值电压漂移;根据NBTI效应幂指数模型的参数和样品器件失效时的阈值电压漂移,计算样品器件的寿命时间。[0144] 关于电离辐射耦合下的NBTI测试装置的具体限定可以参见上文中对于电离辐射耦合下的NBTI测试方法的限定,在此不再赘述。上述电离辐射耦合下的NBTI测试装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。[0145] 在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电离辐射耦合下的NBTI测试方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。[0146] 本领域技术人员可以理解,图10中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。[0147] 在一个实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现以下步骤:[0148] 在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力;获取每段应力电压对应的阈值电压漂移;根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂指数模型;提取NBTI效应幂指数模型的参数;根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评估。[0149] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0150] 确定辐照源类型,辐照总剂量;对样品器件进行总剂量辐照,使样品器件处于电离辐射的环境中。[0151] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0152] 获取样品器件的初始转移特性曲线;根据初始转移特性曲线中,选取恒定测试电压;获取在恒定测试电压下的初始漏端电流值;提取每段应力电压对应的阈值电压漂移,包括:根据初始漏端电流值,提取每段应力电压对应的阈值电压漂移。[0153] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0154] 采用OTF快速测试方法提取每段应力电压各个测量时间节点的阈值电压漂移。[0155] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0156] 在每段应力电压各个测量时间节点将应力电压降至恒定测试电压;获取样品器件在恒定测试电压下的漏端电流值;根据漏端电流值与初始漏端电流值,得到漏端电流值的变动量;根据漏端电流值的变动量计算出阈值电压漂移。[0157] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0158] 监测样品器件在步进电压应力下产生的NBTI效应,得到每段应力电压对应的阈值电压漂移;根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据,结合NBTI效应幂律指数模型,得到有效时间幂函数模型;通过数学拟合得到时间幂指数值;根据有效时间幂函数模型和时间幂指数值,获取相应的电压幂指数值。[0159] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0160] 获取样品器件失效时的阈值电压漂移;根据NBTI效应幂指数模型的参数和样品器件失效时的阈值电压漂移,计算样品器件的寿命时间。[0161] 在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现以下步骤:[0162] 在电离辐射的环境中对样品器件施加步进电压应力;获取每段应力电压对应的阈值电压漂移;根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,得到NBTI效应幂指数模型;提取NBTI效应幂指数模型的参数;根据NBTI效应幂指数模型的参数,对样品器件进行寿命评估。[0163] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0164] 确定辐照源类型,辐照总剂量;对样品器件进行总剂量辐照,使样品器件处于电离辐射的环境中。[0165] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0166] 获取样品器件的初始转移特性曲线;根据初始转移特性曲线中,选取恒定测试电压;获取在恒定测试电压下的初始漏端电流值;提取每段应力电压对应的阈值电压漂移,包括:根据初始漏端电流值,提取每段应力电压对应的阈值电压漂移。[0167] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0168] 采用OTF快速测试方法提取每段应力电压各个测量时间节点的阈值电压漂移。[0169] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0170] 在每段应力电压各个测量时间节点将应力电压降至恒定测试电压;获取样品器件在恒定测试电压下的漏端电流值;根据漏端电流值与初始漏端电流值,得到漏端电流值的变动量;根据漏端电流值的变动量计算出阈值电压漂移。[0171] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0172] 监测样品器件在步进电压应力下产生的NBTI效应,得到每段应力电压对应的阈值电压漂移;根据每段应力电压对应的阈值电压漂移,将每段应力电压对应的阈值电压漂移归一化为第一段应力电压下的阈值电压漂移,得到等效应力时间数据,结合NBTI效应幂律指数模型,得到有效时间幂函数模型;通过数学拟合得到时间幂指数值;根据有效时间幂函数模型和时间幂指数值,获取相应的电压幂指数值。[0173] 在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:[0174] 获取样品器件失效时的阈值电压漂移;根据NBTI效应幂指数模型的参数和样品器件失效时的阈值电压漂移,计算样品器件的寿命时间。[0175] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read‑OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(RandomAccessMemory,RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(StaticRandomAccessMemory,SRAM)或动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory,DRAM)等。[0176] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。[0177] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

专利地区:广东

专利申请日期:2021-10-15

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114019249B

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