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　　2 实验结果分析及讨论

　　2.1 实验结果分析

　　通过计算各个参数与辐照性能参数的单相关系数得到两种应力实验前后的辐照信息参数，如表1所示。

表1 两种应力实验条件下选择的辐照信息参数

　　表中，A,B两组数据分别为应力实验前后选择的辐照信息参数。分别利用表1中四组辐照信息参数与辐照后的辐照性能参数线性回归拟合，得到以下四个方程

　　Y1 =-25.873 9+0.282 9 X1+0.394 3 X2-0.223 3 X3-0.171 7 X4-0.098 X5 （1）

　　Y2 =-52.098 1-0.340 9 X1+0.254 2 X2+0.561 0 X3-0.206 0 X4+0.004 6 X5 （2）

　　Y3 =1.003 4-0.066 X1-0.107 7 X2+0.766 5 X3-0.317 1 X4-0.188 1 X5 （3）

　　Y4 =-293.433 8+740.683 9 X1-693.688 8 X2+0.251 2 X3-0.121 3 X4+0.133 2 X5 （4）

　　方程（1）和方程（3）分别是基于温度循环应力实验前后辐照信息参数线性回归的预测方程；方程（2）和方程（4）分别是基于功率老化应力实验前后辐照信息参数线性回归的预测方程。其中，Y1和Y3是应力实验前的辐照性能参数，Y2和Y4是应力实验后的辐照性能参数，X1,X2,X3,X4,X5分别对应应力实验前后选择的辐照信息参数。

Fig.1 Variation of standard deviation of informationparameters after stress experiments

图1 应力实验后辐照信息参数标准偏差的变化

　　线性回归得到的预测方程将通过以下几个参数来检验方程的优劣及应力实验对回归效果的影响。

　　检验一：标准偏差检验。标准偏差是方差的正平方根，表示数据的离散状态。由于多元线性回归的前提条件是数据必须离散性强，满足正态分布，所以有必要对应力实验前后标准偏差进行比较。

　　图1是应力实验后辐照信息参数标准偏差的变化情况，其中，参数1~5是温度循环实验选择出的信息参数，参数6~10是功率老化实验挑选出的信息参数。从图中参数的增长率可以发现，应力实验普遍增大参数标准偏差，并且功率老化应力实验后参数的增大幅度大于温度循环应力实验。说明应力实验对器件参数的分布有很大的影响，可以增大器件参数的分布离散性，不同的应力实验对器件参数的影响程度不同。

　　检验二：偏差检验。一个预测方程的好坏直观的检验方法就是计算方程预测值与实际值之间的偏差，偏差越小，则表明方程的预测效果越好。 

　　检验三：拟合优度R2检验。拟合优度指样本观测值聚集在样本回归直线周围的紧密程度，是对回归模型拟合程度的综合度量，判定系数R2越大，紧密程度越高，则模型拟合程度越好；判定系数R2 越小，紧密程度越低，则模型对样本的拟合程度越差。R – 2 为调整的判定系数，故R – 2 本质上也是拟合优度检验基本思路的体现。

　　图2（a）显示了四个回归方程拟合优度的检验结果。

　　多元线性回归中主要以R – 2 为拟合优度的检验指标，而不是R2,这是由于当回归方程中的自变量数量增加时，残差平方和相应减小，则R2增大，但是，如果增加的自变量对因变量的解释没有重要贡献，R2仍然增加，所以需要通过R – 2 来表征拟合优度。通过检验四个回归方程的拟合优度发现，经过应力实验后的器件参数拟合出的回归方程，拟合优度均高于基于初始参数的回归方程。并且，基于功率老化实验的回归方程拟合优度高于基于温度循环实验的回归方程。

　　检验四：F 值检验。多元线性回归方程的F 检验就是检验回归方程总体线性关系显着程度，F 值越大，则线性关系越显着。

　　给定显着性水平α，查表得临界值Fa,（或者计算F 统计量的p 值）。若F>Fa（或p<α），回归方程显着成立，所有自变量对Y 的影响是显着的；若F<Fa（或p>α），回归方程不显着，所有自变量对Y 的线性作用不显着。F 值和p 值的检验结果如图2（b），（c）所示。由图2中的结果可以看出，回归方程的线性显着程度在应力实验后不断增大，并且置信p 值不断减小，终方程（4）的p 值处于置信区间以内，方程的可靠程度增大。

Fig.2 Test of regression equations

图2 回归方程的拟合优度及F 值、p 值检验

　　2.2 讨 论

　　MOS中的栅氧化层是由硅衬底在高温下氧化形成的，这层SiO2膜是一种具有高电阻率的绝缘膜，当外加电场增大时，会产生F-N（Flowler-Nordheim）型隧道电流，从而产生绝缘击穿。当电子从多晶硅栅注入时，一些具有足够高能量的电子可以直接越过3.1eV的阴极势垒而被SiO2的电场加速到达阳极。另一些能量较低的电子则通过F-N隧穿到的SiO2导带或者直接隧穿到阳极。在正常的器件工作温度，能越过3.1eV的电子数量可以忽略。如果栅氧化层上加的电场大于5MV/cm,F-N隧穿将占主导地位。

　　器件经过功率老化应力实验（恒温150℃，恒压4.5~5.5V）后，电子从高场和高温中获得更多能量，一方面电子可以直接越过阴极势垒而被电场加速到达阳极；另一方面，高能电子在穿越氧化层时将会和晶格碰撞，发生散射，在栅氧化层中产生的缺陷增加，缺陷在栅氧化层中会产生一个附加电场，导致栅氧化层势垒高度和势垒宽度减小。到达阳极后，电子将释放能量给晶格，导致了Si-O键的损伤，产生电子陷阱和空穴陷阱，另一部分电子将能量传给阳极价带的电子并使其激发进入导带，从而生成电子空穴对，产生的空穴又隧穿回氧化层，形成空穴隧穿电流。由于空穴的迁移率比电子迁移率要低2~3个数量级，所以空穴很容易被陷阱俘获，这些被俘获的空穴又在氧化层中产生电场，使缺陷处局部电流不断增加，形成了正反馈，陷阱不断增多，当陷阱互相重叠时，便形成了一个导电通道。

　　当电离辐射通过MOS结构SiO2绝缘层时，光子和带电粒子的能量传递给晶格原子，导致原子电离，产生电子空穴对，在外加电场的作用下，电子和空穴发生了扩散、漂移、复合、俘获、积累等。由于功率老化应力的作用，在栅氧层产生大量的缺陷和导电通道，使得更多电子和空穴被俘获，形成了大量的氧化物陷阱电荷Qot和界面态陷阱电荷Qit,从而增大N沟和P沟的阈值电压漂移，终导致功耗电流远大于未进行过功率老化应力实验的器件。实验结果表明，功率老化实验与总剂量辐照相结合，可以加速器件失效，达到预估器件抗辐照能力的目的。

　　器件经过温度循环应力实验后，如果器件内部邻接材料的热膨胀系数彼此不匹配时，器件产生交替膨胀和收缩，使器件中产生热应力和应变，应力和应变使缺陷长大，终可大到能造成结构故障并产生电故障。这种筛选对组装、键合和封装工艺上的缺陷，的微裂纹等缺陷有良好的筛选作用，主要针对器件结构故障。

　　相对于功率老化应力，温度循环并不能增加氧化层及界面处的缺陷，γ射线总剂量辐照后，生成的氧化物陷阱电荷和界面态陷阱电荷并未增加，对器件的抗辐照性能不能进行有效的筛选。

　　3 结 论

　　结合物理应力实验与多元线性回归，研究了大规模抗辐射性能无损筛选的方法，并通过回归方程对器件性能进行了预估。物理应力实验与多元线性回归结合的方法可以有效提高筛选的准确性及可靠性。结果表明：在物理应力的作用下，器件参数的标准偏差普遍增大，增强了参数的离散性；由于物理应力的作用及不同应力的作用机制不同，同一种应力实验前后选择的信息参数不同，并且不同应力作用下选择的信息参数也不同；根据选择的信息参数与性能参数拟合得到回归方程，对器件参数进行了预估，结果显示，基于应力实验后的信息参数拟合得到的回归方程预测结果较好，误差较小，拟合优度及显着程度均高于应力实验前的回归方程，并且功率老化组要优于温度循环组。