本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法及裝置。

背景技術(shù)：

氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料，一直是藍(lán)光發(fā)光二極管的主選材料；特別是近年來隨著航天技術(shù)和電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，GaN發(fā)光二極管LED以其發(fā)光效率高、抗輻照能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于軍事、航天、核技術(shù)等特殊環(huán)境；GaN發(fā)光二極管LED器件在太空中工作，不可避免的受到太空中各種射線的照射，從而使其性能發(fā)生衰減，所以在此條件下工作的GaN發(fā)光二極管LED器件的穩(wěn)定性一直倍受重視。

航天用電子元器件在上機(jī)前或者發(fā)射前都需要進(jìn)行抗輻射能力的檢測(cè)、評(píng)價(jià)和篩選；現(xiàn)有技術(shù)中的GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法主要有兩種：“輻照-退火”方法和多元回歸分析法；其中，輻照-退火篩選方法以試驗(yàn)測(cè)試為主，首先對(duì)待篩選器件進(jìn)行額定劑量的輻照，然后選擇一種或者幾種靈敏電參數(shù)，在兩小時(shí)內(nèi)完成對(duì)選取的參量進(jìn)行測(cè)試和分析，篩選掉不符合要求的器件；接著進(jìn)行50％額定劑量的輻照；接著加壓退火后再次進(jìn)行電測(cè)試；篩選出合適的器件；具體過程如圖1。該方法存在有兩方面的局限性：一是檢測(cè)成本高，不利于及時(shí)反饋信息，從而延長了研制和生產(chǎn)周期；二是檢測(cè)本身具有破壞性，及最后篩選出的器件都經(jīng)過了輻照，使器件壽命本身已經(jīng)降低。上述的多元回歸分析方法的關(guān)鍵是選取輻照前的敏感參數(shù)，對(duì)輻照后器件性能參數(shù)進(jìn)行預(yù)估，前者的敏感參數(shù)稱為信息參數(shù)，想要預(yù)估的輻照后器件性能參數(shù)稱為輻射性能參數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)中通常是選用輻照前的輸出光功率和反向漏電流作為信息參數(shù)，輻照后的輸出光功率退化作為輻射性能參數(shù)，此方法得到的回歸預(yù)測(cè)方程的不夠精確，不能直接、敏感地反映器件輻照后地缺陷變化，進(jìn)而使篩選出來的器件中可能包含有具有缺陷的器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法及裝置，以解決上述問題。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法，包括：

獲取隨機(jī)子樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B；

獲取經(jīng)過輻照實(shí)驗(yàn)后的所述隨機(jī)子樣器件的輸出光功率P_out′；

基于所述P_out和所述P_out′，計(jì)算退化量ΔP_out＝P_out′-P_out；

以所測(cè)量的1/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以輸出光功率退化量ΔP_out作為輻照性能參數(shù)，采用線性回歸法建立B和ΔP_out之間的線性回歸方程并計(jì)算得到線性回歸方程中的ΔP_out和信息參數(shù)B的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)之間的無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程：其中，ΔP_out＝β₀+β₁β_k為測(cè)量值對(duì)應(yīng)的輸出光功率退化量的預(yù)測(cè)值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，為殘差，為的轉(zhuǎn)置，X^T為X的轉(zhuǎn)置，為的轉(zhuǎn)置；

利用所述無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程預(yù)測(cè)單個(gè)器件的抗輻照性能。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中：

所述獲取隨機(jī)子樣器件的1/f噪聲幅值B包括：

設(shè)置GaN發(fā)光二極管的輸入電流；

在GaN發(fā)光二極管的輸出端引出噪聲信號(hào)，并進(jìn)行低噪聲的前置放大；

將放大后的噪聲信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)采集卡；

通過計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算并提取數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，得到噪聲幅值。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中：

所述利用所述無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程預(yù)測(cè)單個(gè)器件的抗輻照性能，包括：

獲取待篩選器件在工作區(qū)某一電流值處的1/f噪聲幅值B；

將所測(cè)的1/f噪聲幅值B帶入回歸預(yù)測(cè)方程(該回歸方程各參量的描述見本專利說明書第20)，得到此GaN發(fā)光二極管的輸出光功率退化預(yù)測(cè)值；

確定所述器件的輸出光功率退化容限；

將所述預(yù)測(cè)值和所述輸出光功率退化容限進(jìn)行比較，如果此預(yù)測(cè)值在此類器件的輸出光功率退化容限之內(nèi)，則認(rèn)為此器件為合格產(chǎn)品；反之，如果得到的預(yù)測(cè)值落在此類器件的輸出光功率退化容限之外，則認(rèn)為此器件為不合格產(chǎn)品。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選裝置，包括：

第一獲取單元，用于獲取隨機(jī)子樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B；

第二獲取單元，用于獲取經(jīng)過輻照實(shí)驗(yàn)后的所述隨機(jī)子樣器件的輸出光功率P_out′；

計(jì)算單元，用于基于所述P_out和所述P_out′，計(jì)算退化量ΔP_out＝P_out′-P_out；線性回歸方程建立單元，用于以所測(cè)量的1/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以輸出光功率退化量ΔP_out作為輻照性能參數(shù)，采用線性回歸法建立B和ΔP_out之間的線性回歸方程并計(jì)算得到線性回歸方程中的ΔP_out和信息參數(shù)B的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)之間的無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程：其中，ΔP_{out k}＝β₀+β₁β_k為測(cè)量值對(duì)應(yīng)的輸出光功率退化量的預(yù)測(cè)值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，為殘差，為的轉(zhuǎn)置，X^T為X的轉(zhuǎn)置，為的轉(zhuǎn)置；

預(yù)測(cè)單元，利用所述無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程預(yù)測(cè)單個(gè)器件的抗輻照性能。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的方法以及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在對(duì)元器件無損壞的前提下，進(jìn)行對(duì)GaN發(fā)光二極管元器件準(zhǔn)確、高效的篩選。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中“輻照-退火”方法流程示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法的方法流程示意圖；

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的1/f噪聲幅值B的測(cè)量采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

GaN發(fā)光二極管在使用時(shí)都需要進(jìn)行抗輻照能力的測(cè)試，以篩選出抗輻照能力較佳的元器件；現(xiàn)有技術(shù)中的篩選方法包括：輻照-退火篩選方法和多元回歸分析法，前者是一種有損篩選，元器件在進(jìn)行篩選的過程中會(huì)受到損壞，經(jīng)過篩選后的元器件壽命本身已經(jīng)降低；后者是一種無損篩選方法，但是該方法選用輻照前的輸出光功率和反向漏電流作為信息參數(shù)，輻照后的輸出光功率退化作為輻射性能參數(shù)，由于輸出光功率、反向漏電流和輸出光功率退化不能直接的反映器件中的缺陷狀態(tài)，因此預(yù)測(cè)方法存在著預(yù)測(cè)不夠精確的缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致篩選過程可靠性不高。并且，從微觀機(jī)制上分析可得的噪聲幅值的變化更直接反映了器件中的缺陷狀態(tài)，噪聲幅值隨輻照劑量的增加相應(yīng)增大，表明隨輻照劑量的增多，器件產(chǎn)生的缺陷增多即造成的損傷也就越嚴(yán)重。有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法及裝置，結(jié)合GaN發(fā)光二極管中的噪聲參數(shù)特性，在對(duì)元器件無損傷的前提下，保證被篩選元器件的可靠性。

下面通過具體實(shí)施例進(jìn)行對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的詳細(xì)介紹。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法，包括如下步驟：

S201、獲取隨機(jī)子樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B；

進(jìn)行上述步驟中之前，首先需從一批器件的抽樣母體中按照簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣原則抽取n個(gè)隨機(jī)子樣，n大于等于20；測(cè)量這些隨機(jī)抽樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B，并記錄測(cè)試條件；其中，1/f噪聲即功率譜密度的幅值與頻率成反比的一類噪聲，其中f表示頻率；

進(jìn)一步的，通過以下方式獲取隨機(jī)子樣器件的1/f噪聲幅值B：

設(shè)置GaN發(fā)光二極管的輸入電流；

在GaN發(fā)光二極管的輸出端引出噪聲信號(hào)，并進(jìn)行低噪聲的前置放大；

將放大后的噪聲信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)采集卡；

通過計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算并提取數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)，得到所述噪聲幅值。

S202、獲取經(jīng)過輻照實(shí)驗(yàn)后的所述隨機(jī)子樣器件的輸出光功率P_out′；

需要說明的是，上述輻照實(shí)驗(yàn)的輻照的劑量率和總劑量要根據(jù)具體GaN發(fā)光二極管額定輻照劑量來設(shè)定，優(yōu)選地，劑量率設(shè)置在50到300rad(Si)/s之間。對(duì)該輻照后的隨機(jī)子樣器件輸出光功率退化量ΔP_out的獲取采用常規(guī)手段進(jìn)行，但要限制在輻照后兩個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成測(cè)量，以免器件退火嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果。

S203、基于所述P_out和所述P_out′，計(jì)算退化量ΔP_out＝P_out′-P_out；

然后進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的假設(shè)檢驗(yàn)方法分別檢驗(yàn)輻照前和輻照后測(cè)量數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，并剔除異常數(shù)據(jù)；

S204、以所測(cè)量的1/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以輸出光功率退化量ΔP_out作為輻照性能參數(shù)，采用線性回歸法建立B和ΔP_out之間的線性回歸方程并計(jì)算得到線性回歸方程中的ΔP_out和信息參數(shù)B的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

該步驟中，通過以下方式進(jìn)行計(jì)算系數(shù)向量

將多元線性回歸方程可進(jìn)一步展開為：

其中，ΔP_out1、ΔP_out2、...、ΔP_outn為第1、2、...、n個(gè)隨機(jī)子樣的輻照后輸出光功率退化量；

B₁、B₂、...、B_n為第1、2、...、n個(gè)隨機(jī)子樣的輻照前噪聲幅值；

β₀為常數(shù)項(xiàng)、β₁為噪聲幅值的系數(shù)；

ε₁、ε₂、...、ε_n為第1、2、...、n個(gè)隨機(jī)子樣線性回歸方程的參差；

利用最小二乘估計(jì)法估計(jì)出信息參數(shù)的系數(shù)向量為：X^T為X的轉(zhuǎn)置矩陣。

S205、建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)之間的無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程：其中，ΔP_{out k}＝β₀+β₁B_k為測(cè)量值對(duì)應(yīng)的輸出光功率退化量的預(yù)測(cè)值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，為殘差，為的轉(zhuǎn)置，X^T為X的轉(zhuǎn)置，為的轉(zhuǎn)置；

S206、利用上述無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程預(yù)測(cè)單個(gè)器件的抗輻照性能。

進(jìn)一步的，利用無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程通過以下方式進(jìn)行預(yù)測(cè)單個(gè)器件的抗輻照性能：

獲取待篩選器件在工作區(qū)某一電流值處的1/f噪聲幅值B；該噪聲幅值B測(cè)量條件和上述步驟S201中的測(cè)試條件相同；

將所測(cè)的1/f噪聲幅值B帶入回歸預(yù)測(cè)方程得到此GaN發(fā)光二極管的輸出光功率退化預(yù)測(cè)值；

確定所述器件的輸出光功率退化容限；

將所述預(yù)測(cè)值和所述輸出光功率退化容限進(jìn)行比較，如果此預(yù)測(cè)值在此類器件的輸出光功率退化容限之內(nèi)，則認(rèn)為此器件為合格產(chǎn)品；反之，如果得到的預(yù)測(cè)值落在此類器件的輸出光功率退化容限之外，則認(rèn)為此器件為不合格產(chǎn)品。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的篩選方法通過對(duì)同一工藝制造出來的器件，通過對(duì)一定數(shù)量隨機(jī)樣品進(jìn)行輻照試驗(yàn)，找出信息參數(shù)和輻射性能參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)未輻照器件的篩選，與現(xiàn)有的GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、篩選出來的器件是未經(jīng)過輻照的，屬于“無損篩選”，因此篩選過程不會(huì)減少器件壽命；

2、選用的GaN發(fā)光二極管信息參數(shù)B(1/f噪聲幅值)較原有的信息參數(shù)準(zhǔn)確度高，篩選可靠性高；

3、只需測(cè)量待篩選器件的一個(gè)參數(shù)，篩選周期短，方法簡(jiǎn)單，易于使用。

需要說明的是，上述方法中，輸出光功率退化量ΔP_out采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)手段得到，而電子器件的低頻噪聲十分微弱，要能有效地檢測(cè)這種噪聲，測(cè)試系統(tǒng)必須具有足夠高的靈敏度。為此，本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)1/f噪聲幅值B的測(cè)量采用如圖3所示的1/f噪聲幅值B的測(cè)量采集裝置進(jìn)行，本裝置包括：電源、GaN發(fā)光二極管適配器、偏置器、低噪聲前置放大器、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)；其中電源、GaN發(fā)光二極管適配器和偏置器主要是根據(jù)待測(cè)器件噪聲測(cè)試的具體要求，提供偏置電壓、偏置電流、源電阻，使之處于相應(yīng)的測(cè)試狀態(tài)；待測(cè)的噪聲信號(hào)經(jīng)過前置放大器和數(shù)據(jù)采集卡被送至數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理、存儲(chǔ)和打印輸出；為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確的采集，采用DAQ2010數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其最大采樣速率為2MHz，以保證1/f噪聲測(cè)試頻率范圍；其量化精度為14bit，以保證測(cè)試精度和動(dòng)態(tài)范圍；該數(shù)據(jù)采集卡還帶有程控增益放大器、D/A轉(zhuǎn)換器，為儀器的功能拓展創(chuàng)造了條件；進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)的傳輸采用異步雙緩沖直接內(nèi)存訪問的方式，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸瓦B續(xù)。信號(hào)連續(xù)雙通道采集的實(shí)現(xiàn)為后續(xù)時(shí)域分析和頻域分析創(chuàng)造了先決條件。測(cè)量1/f噪聲幅值B時(shí)保證所加的偏置使GaN發(fā)光二極管處于工作區(qū)。

如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種GaN發(fā)光二極管抗輻照能力無損篩選裝置，該裝置包括：

第一獲取單元410，用于獲取隨機(jī)子樣器件的輸出光功率P_out和1/f噪聲幅值B；

第二獲取單元420，用于獲取經(jīng)過輻照實(shí)驗(yàn)后的所述隨機(jī)子樣器件的輸出光功率P_out′；

計(jì)算單元430，用于基于所述P_out和所述P_out′，計(jì)算退化量ΔP_out＝P_out′-P_out；線性回歸方程建立單元440，用于以所測(cè)量的1/f噪聲幅值B作為信息參數(shù)，以輸出光功率退化量ΔP_out作為輻照性能參數(shù)，采用線性回歸法建立B和ΔP_out之間的線性回歸方程并計(jì)算得到線性回歸方程中的ΔP_out和信息參數(shù)B的系數(shù)向量其中，X為信息參數(shù)B構(gòu)成的矩陣，是殘差，系數(shù)向量的展開式為

建立信息參數(shù)B和輻照性能參數(shù)之間的無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程：其中，ΔP_out＝β₀+β₁B_k為測(cè)量值對(duì)應(yīng)的輸出光功率退化量的預(yù)測(cè)值，t(1-α/2，(n-2))是置信度為1-α的t分布，為殘差，為的轉(zhuǎn)置，X^T為X的轉(zhuǎn)置，為的轉(zhuǎn)置；

預(yù)測(cè)單元450，利用所述無損篩選回歸預(yù)測(cè)方程預(yù)測(cè)單個(gè)器件的抗輻照性能。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。基于這樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。