国产双极工艺线性电路低剂量率辐照效应评估方法

国产双极工艺元器件应用于航天型号存在低剂量率辐射损伤增强效应风险,需要对其开展低剂量率辐照试验评估。在0.01 rad(Si)/s低剂量率辐照条件下,测试分析了不同工艺器件对不同偏置条件的敏感性差异;对比0.1 rad(Si)/s辐照试验结果,分析了器件的低剂量率辐射损伤增强效应特性,建立了辐射损伤增强因子和参数判据法相结合的评价标准;依据此标准讨论了各型号器件的低剂量率辐射增强敏感度以及抗电离总剂量辐射的能力。     

国产非加固CMOS电路低剂量率辐射效应的研究

在不同剂量率下进行辐照试验,半导体器件的失效剂量和失效机理可能不同。文章对国产非加固 CMOS 电路 CC4007分别在低剂量率和高剂量率下进行辐照试验,并将试验结果进行比较。辐照剂量率为0.0001、0.001、1Gy(Si)/s。对高剂量率辐照的器件进行了100℃168h 退火试验。试验结果表明,在低剂量率下辐照器件电参数退化相对小些,但失效模式同高剂量率下的一样,失效是由于静态漏电大。试验还表明对国产非加固 CMOS 电路用高剂量率辐照试验进行评估是不准确的。     

浮栅器件和普通NMOS器件总剂量效应对比研究

为深入了解应用NOR Flash工艺的多种器件的总剂量特性,特别是浮栅器件的特殊总剂量效应,开展了浮栅器件和多种NMOS器件总剂量效应的对比试验。基于器件级测试芯片,进行了多种剂量的总剂量试验和高温退火试验,分析了不同器件在总剂量辐照下的不同特性,所关注的特性包括器件的漏电流变化和阈值电压变化。通过试验发现浮栅器件受总剂量辐照后会产生弱编程效应且该效应无法通过退火恢复。这一研究成果为抗辐射Flash产品的抗总剂量加固设计提供了依据。     

典型CMOS存储器电离辐照效应

对电离辐照环境中典型CMOS存储器的辐照效应进行了研究。分析了SRAM,EEPROM,FLASH ROM存储器在^60Coγ射线辐照及辐照后不同退火过程中,CMOS存储器的集成度、辐照偏置、退火时间和温度与电离辐照效应的关系。结果发现：不加电（冷备份）状态的^60Coγ射线辐照过程中,存储器的逻辑状态翻转出现较正常工作状态推迟1个量级以上;随着集成度的提高,SRAM,EEPROM存储器的辐照敏感度降低;试验器件经不同剂量的^60Coγ射线辐照后在不同温度下退火,所有试验器件均出现了逻辑状态翻转。     

空间高速InGaAs-PIN光电二极管辐射损伤效应试验研究

利用质子、中子和伽马射线辐照空间激光通信系统拟选用的高速InGaAs-PIN光电二极管,对其辐射损伤效应开展研究,以评估PIN光电器件在空间辐射环境中的适用性。基于辐照前后器件的暗电流、光电流、光谱响应、电容等参数随辐照剂量变化的测试数据,对各参数受辐照影响的程度和不同辐照模拟源对光电器件造成的辐射损伤差异进行了比较分析。结果表明:PIN光电二极管的暗电流是受辐照影响最严重的参数,而光电流、光谱响应、电容等参数受辐照影响较小;暗电流增加主要与质子和中子辐照引入的非辐射复合中心有关,并与位移损伤剂量基本成线性关系。     

空间激光通信系统光电器件辐射效应研究

针对空间激光通信系统所用高速半导体激光器、光电探测器、掺铒光纤放大器(EDFA)、石英光纤等关键器件,开展电子、质子和γ射线辐照试验。半导体激光器经~(60)Co-γ射线和电子加速器辐照后斜率效率发生轻微下降,下降程度与总剂量大小有关;而光功率在电子辐照后出现严重下降,表明电子辐照比γ射线产生更多的损伤,可以归因于电子造成的位移损伤。PIN光电探测器在质子辐照后,暗电流和电容都明显增大,主要是由于质子造成的位移损伤引入深能级缺陷增加势垒,导致光电探测器性能退化。EDFA系统的掺铒光纤经~(60)Co-γ射线辐照后,对系统的增益和噪声影响很大。石英光纤主要受总剂量效应影响,辐射损耗随光纤通入的光波波长增大而减小,而且光纤损耗的剂量率效应不明显,实际试验可以根据试验条件选择适当的剂量率。研究结果可为空间激光通信系统的元器件选型、辐射效应评估与抗辐射加固设计提供参考数据。     

光电耦合器件在低地球轨道航天器中的运用评估

不同种类光电耦合器件(光耦)结构工艺对空间总剂量辐射的敏感性存在较大差异,故对其在航天器的使用应区别对待。文章分别对组成常见光耦的LED部分、光电耦合部分以及集成放大电路部分受电离总剂量辐射和位移损伤效应的影响进行分析,比较了光耦各个组成部分和不同工艺的光耦对辐射的敏感度。在地面辐照测试数据基础上,以3种典型光耦为原型,设计在轨验证电路,对器件在辐射环境下的长期工作情况进行了试验验证。结果表明,在适当的参数选择和合理的电路设计下,这些光耦能够满足低地球轨道航天领域的应用需求。     

卫星光通信中空间辐射对EDFA性能的影响分析

由于光纤类器件对于辐射十分敏感,考虑到卫星光通信特定的辐射环境,要想采用地面已非常成熟的外调制技术,必须分析外调制技术中的核心器件EDFA在其中的可行性。采用 60Co作为辐射源,国内首次对EDFA及其内部重要组件隔离器和WDM耦合器进行了高剂量轨道和低剂量轨道辐照模拟实验,实验结果表明在总剂量为5krad的低剂量辐照情况下,EDFA在-2dBm的输入时,输出功率由辐照前的14.3dBm下降到14dBm,其它各组件的性能变化不是很大,可以直接使用,而在总剂量为1000krad的高剂量辐照情况下,输出功率下降到-25.3dBm,耦合器也产生了大约8dB的损耗,由于其性能下降明显,若在此种环境下使用,需考虑做空间辐射防护。
     

MRAM的辐射效应分析及加固方法简述

回顾从首款商用磁随机存取存储器（MRAM）芯片面世以来国际上对MRAM芯片辐射效应的研究;总结MRAM总剂量电离效应和单粒子效应辐照试验研究结果,以及辐射效应导致MRAM读写错误的物理机制;分析辐射效应对磁性隧道结结构和性能的影响,并指出MRAM应当针对外围电路、存储单元晶体管和磁性隧道结等处不同类型辐射效应进行对应的抗辐射加固;最后从材料和工艺方面简要介绍MRAM加固方法。     

CCD器件辐射损伤参数测试方法

为准确而高效实现CCD辐射损伤参数的定量测试与分析,根据现有的光电成像器件辐射效应测试系统,研究了CCD器件的辐射损伤参数测试方法,可测试暗信号、电荷转移效率、饱和输出电压、固定图像噪声、光响应非均匀性和光谱响应等参数。用此法获得了某CCD器件在60 Co-γ射线源辐照下的参数变化规律。结果表明:该测试方法利于CCD辐射损伤的分析,可为CCD的辐射效应研究和抗辐射性能评估提供试验数据。     

NMOS晶体管沟道边缘电离辐射寄生漏电

对典型MOS器件的沟道边缘电离辐射寄生漏电进行了研究.给出了电离辐射条件下不同辐照剂量、辐照偏置、栅结构、沟道尺寸的典型NMOS晶体管电流-电压(I-V)特性曲线,并对试验现象进行了数值模拟分析.研究结果表明:NMOS晶体管的沟道边缘寄生漏电主要是由电离辐射感生氧化物陷阱电荷在场氧化层中积累造成的;截止辐照偏置下的寄生漏电明显小于导通偏置;与梳形栅和蛇形栅相比,环形栅结构未出现寄生漏电;NMOS晶体管沟道长度越小,寄生漏电就越严重.     

太阳同步轨道空间粒子辐射剂量探测与研究

利用“实践六号”A星3台辐射剂量仪2004年9月至2007年1月的在轨探测数据,对太阳活动低年,该卫星所处太阳同步轨道不同方向、不同屏蔽厚度下的辐射剂量水平及辐射剂量增长变化特性进行了分析和讨论。结果表明：空间环境扰动会导致日辐射剂量率较之空间环境宁静期有1个数量级的增长,这种增长一般滞后于空间环境扰动事件1～2天,持续时间为十几天至数十天;太阳活动低年,平均日辐射剂量率小于5rad天,与地球辐射带模型计算结果大致相当。这些结果对卫星的在轨安全保障和抗辐射加固设计都具有重要意义。     

聚酰亚胺薄膜在γ射线辐照下的力学性能退化研究

聚酰亚胺(PI)薄膜在空间高能粒子辐射环境下会发生力学性能退化。文章利用钴源辐照试验装置和热重分析、XPS分析等对均苯型PI薄膜在γ射线辐照下的力学性能退化及其规律进行研究,发现在γ射线辐照下,PI薄膜有明显的总剂量效应和剂量率效应。     

S781有机白漆温控涂层质子加速效应试验研究

S781有机白漆温控涂层是卫星表面的主要温控涂层之一,质子辐照试验不仅可以评估卫星表面的温控涂层在轨长期运行的退化特性,而且可以为卫星的研制寻找更耐辐射的涂层。这次质子辐照试验,为卫星综合环境可靠性技术研究中的“质子加速效应试验研究”确定辐射剂量、能量积累了经验;为抗辐射加固中“有机温控涂层总剂量辐射效应试验研究”做了技术上的前期准备工作;并对从国外引进质子加速器、确切地提出其技术指标有着积极的作用。     

空间用功率MOSFET器件2N7266总剂量

文章针对空间用功率MOSFET器件2N7266进行了60Co源γ射线辐射试验研究。在辐射过程中,采用JT-1型晶体管特性图示仪和计算机控制的摄像机实时监测器件电参数随辐射剂量变化的特征,通过试验研究获得了被试器件阈值电压、漏电流和击穿电压随总剂量变化的特征,得出了被试器件抗总剂量辐射的指标。研究结果可为被试器件在航天器型号的使用提供技术参考依据。     

一种抗辐照加固高压DAC的设计

高压DAC由于采用了大量厚栅氧MOS管,在总剂量辐照环境下会引起器件参数漂移、漏电流增加等.通常的解决方法是衬底隔离寄生MOS管、NMOS管环栅设计、栅氧工艺优化等方法,而很少分析辐照条件下,电压和电路结构对MOS管阈值和漏电的影响.文章对总剂量辐照条件下,不同电压对MOS器件阈值和漏电的作用进行综合分析;重点研究了MOS器件的不同阈值变化对DAC影响的机理.并提出一种低电源电压的设计思路,有效提高了高压DAC的抗辐照能力.最后,利用内置LDO和输出运放钳位降压的设计,将高压DAC的抗辐照能力提高至50k rad(Si).     

一种高压PMOS器件低剂量辐照效应分析

对MOS器件总剂量辐照机理的研究，多从γ射线在SiO2中产生电子 空穴对，以及γ射线作用在SiO2 Si界面上产生新生界面态方面出发，分析γ射线对MOS器件的阈值影响，但很少分析γ射线对高压MOS器件漏源击穿电压的影响。文章针对低剂量γ射线对高压PMOS器件中漏源击穿电压的作用进行综合分析；重点研究了低剂量辐照情况下高压PMOS器件的漏源击穿电压特性相对于常规剂量辐照后的变化。研究表明：低剂量的γ射线会引起高压PMOS器件漏源发生严重漏电；高压PMOS器件版图设计不当时，长期的低剂量γ射线会引起高压CMOS集成电路发生功能失效的风险。     

用10 MeV质子和钴60 γ射线进行CCD空间辐射效应评估

文章用10MeV质子和钴60γ射线对CCD(Charge Coupled Device)进行了辐照试验,分别计算得到了电离总剂量和位移效应的失效剂量。通过分析比较得出:在空间环境中,相对于电离总剂量效应而言,位移效应对CCD的损伤更为严重。因此,进行CCD辐射效应评估时,不仅要考虑电离总剂量效应,还要考虑位移效应。文章还探讨了评估CCD抗位移损伤能力的方法。     

3DG111F等四种双极晶体管空间总剂量效应研究

3DG111F等4种双极晶体管在航天器驱动电子设备中有着重要的应用。研究和掌握空间辐射环境对这些器件产生的总剂量效应有助于了解单机总剂量效应。文章对3DG111F等4种双极晶体管进行了总剂量辐照试验、测量及试验结果分析。研究结果可为单机总剂量效应的分析提供试验依据。     

高温环境下SRAM器件单粒子锁定效应试验研究

深空探测任务面临辐射与温度变化综合作用的恶劣环境,易导致作为航天器电子系统主要组成的CMOS集成电路发生单粒子锁定效应。着眼于在轨应用需求,针对体硅工艺SRAM器件进行了高温环境单粒子锁定试验研究,在不同电压和温度条件下开展重离子辐照试验,结果表明,随着器件工作电压的升高,单粒子锁定敏感性增加;随着温度升高,单粒子锁定截面增加,从常温到125℃的增幅约为1个数量级:即高温高电压下更易触发器件单粒子锁定效应。