本发明属于器件测试领域，具体涉及一种高压功率器件单粒子效应批量化测试方法及系统。
背景技术：
1、随着电力电子技术的不断进步，高压功率器件在空间应用中担任着越来越重要的角色。若航天器采用高功率全电推进技术，则航天器的发射质量将会减少一半以上，同时也可以大幅延长航天器的在轨时间。受制于材料物理特性的限制，si基功率器件的发展空间已接近极限，很难适用于高压大功率空间应用场景。尽管当前si基igbt的耐压极限可达6.5kv，但是其由于双极性导通模式导致开关速度较慢，进而限制了其在高频等相关领域中的应用。
2、作为第三代半导体材料，碳化硅、氮化镓具备宽禁带、高临界击穿电场、高饱和速度、高热导率以及抗辐射性能强等优异特性。与传统si基mosfet相比，sic mosfet、ganhemt等由第三代半导体材料制备的功率器件具有工作电压更高、正向导通电阻更低、开关速度更快、驱动电路更简单等突出优势，它们被广泛地认为是未来新一代航天器用高压功率器件的理想备选器件。
3、空间环境中充满着大量的来自银河宇宙射线、太阳宇宙射线以及星球俘获带的高能带电粒子，在这些高能带电粒子的作用下航天器上的高压功率器件将会发生包括单粒子效应、总剂量效应和位移损伤效应在内的多种辐射效应。国内外相关的航天器事故数据分析显示，单粒子效应是这三种造成航天器故障的辐射效应中最主要原因，其占比超过了所有因辐射效应造成的故障的86％。高压功率器件的单粒子效应主要表现为单粒子烧毁，现有的试验研究结果显示，当前sic mosfet、gan hemt等高压功率器件在重离子辐照下的单粒子烧毁阈值电压低于其额定击穿电压的三分之一，它们的抗辐照性能远低于预期水平。因此，所有航天器用高压功率器件在正式确定前都需要经过地面辐照考核评估，只有相关参数满足抗辐射性能指标才能被用于航天器执行相关任务。
4、当前，sic mosfet、gan hemt等高压功率器件的单粒子辐照实验主要依托于重离子加速器，如：中国原子能科学研究院的hi-13重离子串列加速器、中国科学院近代物理研究所的重离子回旋加速器以及哈尔滨工业大学的质子重离子加速器等。在这些重离子加速器的束流线上均建有用于电子元器件单粒子效应专用辐照装置，用于高压功率器件单粒子效应测试。试验测试期间，器件测试板、单粒子效应测试系统以及上位机被放置在辐照间中的专用辐照装置附近处，其中器件测试板被安装在样品板上。高压功率器件单粒子测试系统与上位机相连接，上位机再通过局域网与位于测量间处的下位机相连，实验人员通过操作下位机获取高压功率器件的单粒子效应实验数据。为了获得更加准确的高压功率器件单粒子效应试验数据，需要对不同厂家、不同批次的多个高压功率器件开展单粒子效应辐照测试。因此，需要开发一套可用于高压功率器件的单粒子效应批量化测试系统，以便自动准确获取器件的单粒子效应截面数据。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高压功率器件单粒子效应批量化测试方法及系统，能够省却高压功率器件单粒子效应截面数据测量中的人工操作，实现器件单粒子效应截面数据的自动化测量，可以快速获得准确的高压功率器件单粒子效应截面数据，用于器件在轨故障率预估和航天器电子元器件选型。
2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
3、第一方面，一种高压功率器件单粒子效应批量化测试系统，所述系统包括测试板、计算机、样品架、粒子注量测量模块以及束流开关模块；
4、所述测试板上设置单粒子效应测试电路，所述单粒子效应测试电路用于对待测器件施加偏置电压并对栅极电流和漏极电流进行实时监测记录，所述计算机内置控制软件，用于记录单粒子效应数据、控制样品板移动、记录辐照粒子数以及控制束流开关模块；所述样品架用于将待测器件移动到束流线中心；所述粒子注量测量模块用于检测辐照到器件表面上的粒子数，所述束流开关模块用于控制粒子束流的通断。
5、进一步，所述粒子注量测量模块包括粒子探测器、高压电源和定标器，在束流线出口上下左右4个方向上各安装1个粒子探测器，样品架高低各设置1个粒子探测器。
6、进一步，所述束流开关模块包括快门控制器、束流快门、交换机和计算机，通过所述计算机、所述快门控制器、所述束流快门控制粒子束流的开关，所述束流开关模块在实验开始时负责打开束流使粒子照射到待测器件表面，当待测器件发生单粒子事件或者照射到待测器件表面上的粒子注量达到设定值时关闭束流停止对待测器件照射。
7、进一步，所述单粒子效应测试电路包括开关矩阵和源测量单元，所述源测量单元用于向待测器件施加偏置电压并记录电流变化；所述开关矩阵用于选择对所述测试板上的哪一只待测器件供电。
8、进一步，所述源测量单元包括第一源测量单元和第二源测量单元，所述第一源测量单元用于向待测器件栅极施加偏置电压并记录电流，所述第二源测量单元则用于向待测器件漏极施加偏置电压并记录电流。
9、进一步，在正式对待测器件进行粒子辐照前，通过束流线上的4个探测器和样品架上的2个探测器分别对粒子计数，得到束流线上的4个探测器分别与样品架上的2个探测器计数间的比例系数k1、k2以及样品架上的粒子注量率。
10、第二方面，一种高压功率器件单粒子效应批量化测试方法，所述方法基于本发明第一方面及其任一可选实施方式所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试系统，所述方法包括以下步骤：
11、s1、通过控制样品架的位置将待测器件移动至束流线中心；
12、s2、第一源测量单元和第二源测量单元通过单粒子效应测试电路向待测器件施加偏置电压并对待测器件栅极电流和漏极电流进行监测并记录；
13、s3、打开束流开关模块的束流快门和粒子注量测量模块，开始对待测器件进行粒子辐照，并利用粒子注量测量模块对辐照至待测器件表面上的粒子数进行记录，若待测器件出现单粒子事件则关闭束流快门，停止对待测器件辐照并记录此时的粒子注量率和注量，若辐照过程中未出现单粒子事件，则当粒子注量达到预设注量值时才关闭束流快门停止对器件辐照；
14、s4、若辐照在功率器件表面上的粒子注量达到预设注量值时，待测器件仍未发生单粒子事件，则通过第一源测量单元和第二源测量单元提高施加在待测器件上的偏置电压，继续对待测器件进行粒子辐照直至器件出现单粒子事件；
15、s5、在1只待测器件完成单粒子效应测试后，针对下一待测器件重复步骤s1至s4完成新一轮器件单粒子效应测试，直至按照样品架上器件的排列顺序完成所有器件的单粒子效应测试。
16、8.如权利要求7所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试方法，其特征在于：步骤s3中所述预设注量值为1.0×107ions/cm2。
17、进一步，步骤s3中若第一源测量单元监测到待测器件栅极电流超过第一设定阈值，则判定发生单粒子栅穿，记为1次单粒子事件；若第二源测量单元监测到待测器件漏极电流大于第二设定阈值，则判定发生单粒子烧毁，记为1次单粒子事件。
18、进一步，步骤s3中对待测器件正式辐照时，用束流线上4个粒子探测器的计数乘以相应的比例系数得到待测器件表面的粒子注量率和注量，若待测器件安装高度与样品架上2个粒子探测器中的其中1个粒子探测器高度相同，则使用相同高度的粒子探测器的比例系数，若待测器件安装高度与样品架上2个粒子探测器的高度均不同，则根据待测器件高度和比例系数k1、k2得到修正后的比例系数k。
19、本发明的有益技术效果在于：本发明公开的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试方法及系统，可快速地获得准确的器件单粒子效应截面数据，整个高压功率器件单粒子效应截面数据测量工作全部采用自动化控制，自动给器件施加偏置电压并记录电流判定单粒子事件是否发生，自动控制束流的开关并记录粒子注量，自动移动器件至束流中心依次完成所有待测器件辐照。
20、通过对高压功率器件单粒子效应进行批量化、自动化快速测试，能够快速的获得大量器件的单粒子效应数据，进而得到更加准确的器件单粒子效应截面，可应用于器件在轨故障率预估。
1.一种高压功率器件单粒子效应批量化测试系统，其特征在于：所述系统包括测试板、计算机(13)、样品架(6)、粒子注量测量模块以及束流开关模块；
2.如权利要求1所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试系统，其特征在于：所述粒子注量测量模块包括粒子探测器(3)、探测器高压(7)和定标器(8)，在束流线出口上下左右4个方向上各安装1个粒子探测器(3)，样品架(6)上高低各设置1个粒子探测器(3)。
3.如权利要求1所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试系统，其特征在于：所述束流开关模块包括快门控制器(1)、束流快门(2)、交换机(12)和计算机(13)，通过所述计算机(13)、所述快门控制器(1)、所述束流快门(2)控制粒子束流的开关，所述束流开关模块在实验开始时负责打开束流使粒子照射到待测器件表面，当待测器件发生单粒子事件或者照射到待测器件表面上的粒子注量达到设定值时关闭束流停止对待测器件照射。
4.如权利要求1所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试系统，其特征在于：所述单粒子效应测试电路包括开关矩阵(5)和源测量单元(10，11)，所述源测量单元用于向待测器件施加偏置电压并记录电流变化；所述开关矩阵用于选择对所述测试板上的哪一只待测器件供电。
5.如权利要求4所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试系统，其特征在于：所述源测量单元包括第一源测量单元(10)和第二源测量单元(11)，所述第一源测量单元(10)用于向待测器件栅极施加偏置电压并记录电流，所述第二源测量单元(12)则用于向待测器件漏极施加偏置电压并记录电流。
6.如权利要求4所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试系统，其特征在于：在正式对待测器件进行粒子辐照前，通过束流线上的4个粒子探测器(3)和样品架上的2个粒子探测器(3)分别对粒子计数，得到束流线上的4个粒子探测器(3)分别与样品架上的2个粒子探测器(3)计数间的比例系数k1、k2以及样品架上的粒子注量率。
7.一种高压功率器件单粒子效应批量化测试方法，所述方法基于权利要求1至6中任一权利要求所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试系统，所述方法包括以下步骤：
8.如权利要求7所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试方法，其特征在于：步骤s3中所述预设注量值为1.0×107ions/cm2。
9.如权利要求7所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试方法，其特征在于：步骤s3中若监测到待测器件栅极电流超过第一设定阈值，则判定发生单粒子栅穿，记为1次单粒子事件；若监测到待测器件漏极电流大于第二设定阈值，则判定发生单粒子烧毁，记为1次单粒子事件。
10.如权利要求8所述的一种高压功率器件单粒子效应批量化测试方法，其特征在于：步骤s3中对待测器件正式辐照时，用束流线上4个粒子探测器(3)的计数乘以相应的比例系数得到待测器件(4)表面的粒子注量率和注量，若待测器件(4)安装高度与样品架上2个粒子探测器(4)中的其中1个粒子探测器高度相同，则使用相同高度的粒子探测器(3)的比例系数，若待测器件安装高度与样品架上2个粒子探测器的高度均不同，则根据待测器件高度和比例系数k1、k2得到修正后的比例系数k。
