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。     

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。     

光电耦合器高能质子位移辐射损伤效应评估

文章针对光电耦合器的空间辐射损伤效应,在国内首次开展了高能质子辐照对光电耦合器的位移损伤效应试验研究。结果表明:电流传输比是光电耦合器件位移损伤的敏感参数;相同质子等效注量辐照下,70 MeV能量的质子比191.17 MeV能量的质子对光电耦合器的损伤更严重;此外其他条件相同时,较大驱动电流下器件的位移损伤较小。文章还分析了引起光电耦合器件电流传输比退化的原因。     

光电耦合器件中子辐照位移损伤效应试验研究

空间高能粒子引发的位移损伤效应会引起光电耦合器件饱和压降、电流传输比、击穿电压和正向电压等参数发生变化以致器件失效。为研究低地球轨道中子环境产生的位移损伤效应对该轨道航天器上光电耦合器件的影响,文章利用中子辐照源,在不同注量下对不同型号的光电耦合器件进行试验研究,得出器件饱和压降、电流传输比、击穿电压及正向电压随中子辐照注量的变化规律。研究结果表明:饱和压降、电流传输比和击穿电压对中子辐照的敏感度较高,而正向电压对辐照并不敏感。分析表明,辐照引起的位移损伤效应是导致器件电流传输性能退化的一个重要原因。研究结果可为光电耦合器件在空间环境中的使用提供试验依据和参考。     

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。     

AlGaN/GaN HEMT质子辐射效应研究进展

氮化镓（GaN）基异质结材料以其宽禁带、耐高温、高击穿电压以及优异的抗辐射性能成为航天领域半导体材料的研究和应用热点。而基于GaN材料的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）因其制备过程带来的缺陷和损伤,性能将受到空间辐射的严峻挑战。文章对空间辐射环境下AlGaN/GaN HEMT的辐射机理和效应进行梳理;针对低中地球轨道以质子为主的辐射环境,对不同能量和注量的质子辐照对AlGaN/GaN HEMT的效应进行系统分析。鉴于从压电极化角度分析AlGaN/GaN HEMT的质子辐射效应存在欠缺,且不同能量和注量的质子辐照对器件的影响不同,提出后续应开展AlGaN/GaN HEMT辐射损伤机制、不同轨道辐射环境模拟以及质子辐照对AlGaN/GaN HEMT宏观特性影响研究。     

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。     

光电耦合器位移损伤效应研究

文章针对光电耦合器在空间辐射应用中的位移损伤效应,选取了一种典型的光电耦合器4N25进行了1MeV高能电子辐照试验,获得了辐照后器件电流传输比参数（CTR）的退化与电子注量的关系:在试验注量范围（1.3×1012 ~1.5×1013 cm-2）内,nCTR与电子通量成反比。通过位移损伤对器件及材料作用过程的分析,探讨了光电耦合器位移损伤效应作用机理。     

空间质子直接和非直接电离引发单粒子效应的地面等效评估试验方法

以40 nm和65 nm CMOS工艺SRAM为样品,进行质子辐照单粒子效应试验研究,以建立空间质子引起单粒子效应的地面等效评估试验方法。分别进行低能质子直接电离、高能质子核反应和重离子直接电离引起的单粒子翻转试验;根据获得的试验数据,分析讨论给出空间质子引起半导体器件单粒子效应的地面等效评估试验方法:对低能质子直接电离引起的单粒子效应,基于LET等效采用重离子进行试验;对高能质子非直接电离引起的单粒子效应,采用高能质子进行试验;根据地面质子和重离子辐照试验数据,结合空间辐射环境模型,预计由空间质子辐射引起的器件在轨单粒子翻转率。     

空间CCD图像传感器辐射损伤评估方法

CCD图像传感器作为高灵敏度光电集成部件,易受空间辐射的影响而发生性能退化和工作异常。开展其辐射效应评价研究并制定相应的防护对策,是保证其在空间可靠应用的前提。文章通过地面模拟试验和辐射屏蔽计算,对空间用CCD图像传感器电离辐射损伤与位移损伤效应开展评估方法研究,为CCD抗辐射加固设计与地面评估试验提供参考。该方法也可用于其他光电器件和材料辐射效应评价。     

宇航用双极器件和光电耦合器位移损伤试验研究

文章针对器件的位移损伤效应,利用质子加速器产生的质子及反应堆中子对化合物器件和硅器件位移损伤进行试验研究,得到了GaAs光电耦合器的电流传输比(CTR)和硅晶体管电流增益hFE的退化率随等效剂量的变化规律。研究结果表明,在质子70 MeV以上高能量范围,对于硅器件适用的位移损伤等效原理对于GaAs化合物器件则不再适用,需要修正。根据试验数据,给出了经验的修正系数。     

铝栅CMOS器件的总剂量辐射效应及其与剂量率的关系

采用非加固铝栅CMOS电路(CC4007、C072B)进行了不同剂量率的总剂量辐照实验,将辐照后的器件置于不同的温度下进行退火;根据实验结果,运用辐射产生氧化层俘获电荷和界面态的机理模型,分析了器件的剂量率效应,评估了器件在不同剂量率下的总剂量辐射效应;根据器件迁移率的变化定性地分析了氧化层俘获电荷和界面态的生长变化与辐射剂量率、辐照剂量及时间的关系;研究了退火温度对器件退火的影响,对加速实验模拟方法作了初步的探讨。     

光学遥感器光电信号处理系统的空间辐射效应研究

文章针对光学遥感器光电信号处理系统,描述了空间辐射效应研究的方法和途径。首先介绍了光学遥感器常用运行轨道的空间辐射环境,然后选择光学遥感器的光电信号处理系统作为分析模型,介绍了光电信号处理系统的电路组成和主要元器件,从器件级、电路级到系统级对空间辐射效应的危害性进行分析,并且结合元器件的抗辐射性能现状,归纳了辐射效应的薄弱环节及主要元器件需要进行的辐照试验。最后对空间辐射效应研究的方法和步骤进行了总结。     

电子与质子综合辐照下ZnO白漆的光学性能 退化研究

为研究电子与质子综合辐照中电子与质子间的协合效应,在模拟的空间环境下对S781白漆分别进行了10 keV电子辐照、70 keV质子辐照、和10 keV电子与70 keV质子综合辐照试验。研究了辐照后S781白漆光谱反射系数和太阳吸收比的变化,计算了综合辐照效应的相加性系数。结果表明,10 keV电子与70 keV质子在S781白漆中的平均投影射程相近,辐照损伤机理相似,综合辐照存在协合效应,协合效应减弱光学性能退化。     

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。     

木星辐射环境不确定性对总剂量风险的影响

以木星探测任务为背景，针对木星辐射带粒子能量高、通量大的强辐射特点，基于器件总剂量辐照试验数据、木星辐射带模型、太阳质子通量模型，将器件失效点剂量不确定性与辐射环境不确定性应用到总剂量设计中，可定量评估特定任务一定屏蔽下的器件失效概率、辐射设计余量(RDM)的置信度及影响因素，可实现木星任务中器件指标、屏蔽厚度和失效概率之间的权衡和优化。首先，根据商业器件TL084辐照试验数据，发现其失效概率分布符合威布尔分布。对于10个木星半径的赤道面轨道，辐射带质子通量比太阳质子大3个数量级，随着屏蔽厚度的增加和任务期的减小，TL084器件所受剂量和失效概率减小。当屏蔽厚度为 10 mm 铝时，器件平均寿命小于2星期。另外，定义并考察了器件的失效速率，失效速率随屏蔽厚度的减小和在轨时间的增加而增加。对于传统的RDM为2的设计方法，1 mm铝屏蔽下对应的置信度为89%。     

空间重离子辐照效应评述

文章对生物、半导体、光学材料、金属、聚合物的空间重离子辐照效应的研究工作进行了评述,也阐明了深入开展重离子空间环境模型以及重离子辐照效应与演化规律的研究具有重要意义。研究表明空间环境中重离子的含量虽少,但由于其高的电离能力和穿透力,对生物、半导体、光学材料、金属、聚合物等会产生各种辐射损伤效应,导致卫星信号故障、光学器件失效、金属与聚合物性能及形貌改变,甚至影响航天员的生命安全。     

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。     

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。     

星用光电器件位移损伤评估方法

位移损伤是导致星用光电器件性能衰退的重要因素之一。文章以GaAs太阳电池、CCD、光电耦合器和光敏晶体管为对象,研究了其敏感电参数随位移损伤剂量D_d的退化行为,建立了相应的退化方程。在此基础上,结合空间辐射环境仿真分析和地面辐照试验,提出了一种通用的位移损伤效应评估方法。利用该方法对拟用于某太阳同步轨道卫星上的光敏三极管的在轨退化行为进行了评估,评估结果证明了该方法的有效性和可行性。