本发明涉及辐射效应测试装置及方法，具体涉及一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置及方法。
背景技术：
1、应用在空间辐射环境和核辐射环境下的电子元器件会受到辐射损伤的影响，导致电子元器件性能退化，严重时甚至功能失效，开展电子元器件的抗辐照损伤评估和加固设计具有重要的意义。随着半导体工艺技术的不断发展，新材料、新器件不断提出，其性能较常规器件大幅度提升，在辐射领域中具有广泛的应用前景，因此其总剂量损伤问题备受关注。有效评估电子元器件的抗总剂量效应能力是确保其在空间辐射环境或核辐射环境下高可靠、长寿命运行的基础。
2、抗辐照器件研发过程中，为提高研发周期、降低考核评估成本，经常将晶圆级电子元器件直接进行辐照，然后评估其抗辐照损伤能力。由于晶圆级电子元器件总剂量效应试验方法的不同，会对其抗辐照能力的评估产生较大影响。其中，参照封装器件总剂量试验方法开展晶圆级电子元器件辐照时，将会严重高估其抗辐照能力。
3、此外，晶圆级电子元器件在总剂量效应试验中，一般只能采用离线辐照的方式进行，在线辐照较为困难，但离线辐照损伤与在线辐照损伤可能存在较大的差异，对晶圆级电子元器件抗辐照性能评估将产生较大影响。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决现有晶圆级电子元器件总剂量效应试验方法测试结果不够准确，并且难以采用在线辐照方式进行测试的技术问题，而提供一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置及方法。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，其特殊之处在于：包括测试仪器、辐照间，以及设置于辐照间内的钴源、剂量率测量仪、铅铝屏蔽盒、加热片、测温仪、前置平衡层、后置平衡层、小型探针台和基板；
4、所述剂量率测量仪用于测量所处位置的辐射场剂量率，从而标定钴源辐射场中达到设定剂量率的位置；
5、所述小型探针台设置在钴源的辐射场内，并位于钴源辐射场中达到设定剂量率的位置；
6、所述铅铝屏蔽盒在考虑钴源辐射场中散射的伽马射线影响时，安装在小型探针台的外部，用于屏蔽散射的伽马射线；
7、所述小型探针台包括探针台主体、固定装置、探针和探针连接接口；
8、所述固定装置安装在探针台主体与钴源相近的一侧，所述前置平衡层和后置平衡层沿远离钴源的方向依次固定在固定装置上，前置平衡层和后置平衡层均正面朝向钴源；
9、所述基板的一侧用于粘贴待测试晶圆级电子元器件，另一侧粘贴在后置平衡层的正面，后置平衡层的背面与待测试晶圆级电子元器件对应的位置设置所述加热片；
10、所述测温仪固定在探针台主体上，并且测温仪的探头与待测试晶圆级电子元器件接触，用于测量待测试晶圆级电子元器件表面的温度；
11、所述探针的输入端与基板上的电极连接，所述基板上的电极通过电极键合线与待测试晶圆级电子元器件的电极连接，探针的输出端与探针连接接口的输入端连接，探针连接接口的输出端与所述测试仪器连接。
12、进一步地，还包括旋转台；
13、所述小型探针台安装在旋转台上，用于调节待测试晶圆级电子元器件的角度，使辐照过程中钴源发射伽马射线的入射方向与待测试晶圆级电子元器件表面垂直。
14、进一步地，还包括辐射屏蔽箱；所述测试仪器位于辐照间内，并设置在辐射屏蔽箱内部。
15、进一步地，所述前置平衡层与待测试晶圆级电子元器件的距离小于等于1mm。
16、进一步地，所述后置平衡层、基板和待测试晶圆级电子元器件之间分别通过高温胶进行粘贴，所述高温胶的厚度小于0.1mm；
17、所述探针连接接口通过同轴线缆与测试仪器连接，所述同轴线缆具有屏蔽功能。
18、本发明还提供一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验方法，采用上述的晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：
19、步骤1、根据辐照间环境，判断是否需要使用铅铝屏蔽盒，若需要使用铅铝屏蔽盒，将小型探针台放置在铅铝屏蔽盒中；
20、步骤2、选择前置平衡层和后置平衡层的材料，然后通过开展粒子输运计算确定前置平衡层和后置平衡层的厚度；
21、步骤3、根据设定的辐照方案，确定辐照所需的剂量率，使用剂量率测量仪标定钴源的辐射场剂量率，并记录达到辐照所需的剂量率时，剂量率测量仪所在的位置；
22、步骤4、将待测试晶圆级电子元器件粘贴在基1的一侧，然后将基板的另一侧粘贴在将后置平衡层正面；然后将待测试晶圆级电子元器件的电极与基板上的电极通过电极键合线连接；
23、若试验要求需原位加热，将加热片粘贴到后置平衡层背面与待测试晶圆级电子元器件对应的位置，并用测温仪对待测试晶圆级电子元器件的表面温度进行测量，使待测试晶圆级电子元器件的表面温度达到设定温度；
24、步骤5、将前置平衡层和后置平衡层沿远离钴源的方向依次固定在固定装置上，使前置平衡层和后置平衡层的正面朝向钴源；
25、步骤6、将小型探针台放置在步骤中记录的剂量率测量仪位置，使钴源发出的伽马射线垂直入射到待测试晶圆级电子元器件的表面，然后根据试验要求对待测试晶圆级电子元器件进行离线辐照实验或者在线辐照实验。
26、进一步地，步骤6中，所述离线辐照实验的具体方法为：
27、使钴源开始辐照，当钴源的辐照剂量达到设定的累积剂量后，使钴源停止辐照；然后将探针的输入端与基板上的电极相连，将探针连接接口的输出端与测试仪器连接，开始进行测试。
28、进一步地，步骤6中，所述在线辐照实验的具体方法为：
29、将探针的输入端与基板上的电极连接，将探针连接接口的输出端与测试仪器连接，并按照试验要求对待测试晶圆级电子元器件施加偏置条件，然后使钴源开始辐照，当钴源的辐照剂量到设定的累积剂量后，停止辐照，测试仪器对待测试晶圆级电子元器件的性能进行测试。
30、进一步地，步骤3具体为：
31、3.1、根据设定的辐照方案，确定辐照所需的剂量率；
32、3.2、将剂量率测量仪放置在钴源的辐照范围内，测量剂量率测量仪所在位置的辐射场剂量率；
33、3.3、调整剂量率测量仪的位置，直至剂量率测量仪测得的辐射场剂量率达到辐照所需的剂量率，使用激光定位仪记录此时剂量率测量仪所在的位置；
34、3.4、使用剂量率测量仪在当前位置至少连续测量5次，确定当前位置的剂量率测量统计不确定度。
35、进一步地，步骤2中，所述通过开展粒子输运计算确定前置平衡层和后置平衡层的厚度的具体方法为：
36、通过粒子输运计算软件geant4开展粒子输运计算确定前置平衡层和后置平衡层的厚度。
37、与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
38、1、本发明提供的晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，采用小型探针台实现了晶圆级电子元器件总剂量效应的在线辐照实验和离线辐照实验，简化了测试流程，节约了人力物力成本；通过原位添加加热片的方式，实现了原位在线加温辐照；
39、2、本发明提供的晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，采用前置平衡层和后置平衡层，实现了次级粒子平衡，从而实现晶圆级电子元器件总剂量效应的精准辐照与评估，为准确、高效、低成本地实现晶圆级电子元器件总剂量效应评估奠定基础；
40、3、本发明提供的晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，将测试仪器设置在辐照间内，并采用辐射屏蔽箱进行屏蔽，可以减小线缆长度，避免线缆过长，对测试结果产生影响。
1.一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，其特征在于：包括测试仪器、辐照间(1)，以及设置于辐照间(1)内的钴源(3)、剂量率测量仪、铅铝屏蔽盒(4)、加热片(6)、测温仪、前置平衡层(7)、后置平衡层(8)、小型探针台(5)和基板(11)；
2.根据权利要求1所述的一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，其特征在于：还包括旋转台；
3.根据权利要求2所述的一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，其特征在于：还包括辐射屏蔽箱；所述测试仪器位于辐照间(1)内，并设置在辐射屏蔽箱内部。
4.根据权利要求3所述的一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，其特征在于：所述前置平衡层(7)与待测试晶圆级电子元器件(2)的距离小于等于1mm。
5.根据权利要求4所述的一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，其特征在于：所述后置平衡层(8)、基板(11)和待测试晶圆级电子元器件(2)之间分别通过高温胶进行粘贴，所述高温胶的厚度小于0.1mm；
6.一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验方法，采用如权利要求1-5任一所述的晶圆级电子元器件总剂量效应试验装置，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验方法，其特征在于：步骤6中，所述离线辐照实验的具体方法为：
8.根据权利要求6所述的一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验方法，其特征在于：步骤6中，所述在线辐照实验的具体方法为：
9.根据权利要求6-8任一所述的一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验方法，其特征在于，步骤3具体为：
10.根据权利要求9所述的一种晶圆级电子元器件总剂量效应试验方法，其特征在于：步骤2中，所述通过开展粒子输运计算确定前置平衡层(7)和后置平衡层(8)的厚度的具体方法为：
