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。     

一种基于COTS器件的SiP微系统的抗总剂量效应加固设计与试验评估

总剂量效应是制约COTS器件空间应用的主要因素之一。为满足空间应用对电子系统高性能、小型化及抗辐射的需求,对一种基于COTS器件的SiP微系统的抗总剂量效应加固方案进行设计,采用模型分析与地面试验结合的方法对微系统的抗总剂量辐射能力进行评估。该评估方法将微系统作为设备与器件的一种结合体,先按照设备进行整体模型评估,后按照器件进行试验评估,提高了评估的效率,具有较强的工程实用价值。60Co γ射线辐照试验结果表明:加固后SiP微系统的抗总剂量能力不低于150 krad(Si),可以满足相关任务应用需要。该微系统的抗总剂量效应加固设计和总剂量效应评估方法可为相关微系统研制提供参考。     

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).     

卫星在轨抗辐照总剂量数据拟合及其应用

卫星在轨抗辐照总剂量数据是空间电子设备抗辐照校核以及加固设计的依据.用查表法进行抗辐照校核计算时,对于数据表中已有数据点可以精确计算,未知数据点无法精确分析.为进一步提高空间电子设备抗辐照校核计算的精度,同时为辐照特敏感器件选用提供依据,提高产品在轨可靠性.采用分段数据拟合的方法进行了多个型号在轨抗辐照总剂量数据的研究,以中位数为分界点将数据分成前后两部分,前半部分采用分段二次函数拟合,后半部分采用指数函数拟合,拟合精度高,相对误差小于4％,能够满足工程设计的需要.该方法已用于多个在轨型号的抗辐照校核计算,对于提高空间电子设备的可靠性具有积极意义.     

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。
     

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。     

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。     

电子束辐照对大功率白光LED寿命退化影响

论文采用了理论与实验相结合的方法，研究了电子束辐照对大功率白光LED寿命退化的影响。在寿命／可靠性实验设备上，对辐照后的大功率LED进行电流加速老化实验，并结合相应的寿命模型，对其寿命进行了预测，通过与未受辐照的大功率LED的寿命进行对比，实验结果表明电子束辐照效应会对大功率LED寿命造成严重影响，使其寿命大幅衰减。     

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。     

空间高速总线SpaceWire节点的设计与实现

根据SpaceWire总线的组成结构以及采用的数据-滤波编解码技术,针对SpaceWire节点需要与主机设备、SpaceWire接口设备进行异步交互的特点,文章给出了一种SpaceWire节点的高效实现方案。首先,该方案在硬件设计中采用了SpaceWire节点的多时钟域设计,使得节点整体性能得以显著提升;第二,采用双倍数据速率寄存器设计来降低SpaceWire节点发送端设计难度,解决了高速数据发送问题;第三,采用手动布局接收端的底层器件来满足时序要求,解决了高速数据接收问题;第四,计算出接收端RX FIFO的理论读出时钟频率指导硬件程序设计。在此基础上,采用SpaceWire节点的点对点数据传输实验对文章设计验证,结果表明文章给出的方案可以工作在240MHz时钟频率下,满足空间高速数据传输中高可靠性、低误码率和低复杂度的要求。     

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。     

星敏感器用典型CCD探测器电离总剂量效应研究

用自建的工程单机对星敏感器用核心器件CCD的电离总剂量效应进行了研究,给出了不同辐照剂量下辐照前后图像灰度、标准差等反映CCD拍摄图像质量的参数变化。研究表明：CCD对电离总剂量效应较敏感,辐照会引起输出图像灰度和标准差变大,导致图像质量下降、信噪比降低,最终影响探测器的成像效果。     

SRAM FPGA电离辐射效应试验研究

针对SRAM FPGA空间应用日益增多,以100万门SRAM FPGA为样品,进行了单粒子效应和电离总剂量效应辐照试验。单粒子试验结果是:试验用粒子最小LET为1.66 MeV·cm2/mg,出现SEU（单粒子翻转）;LET为4.17 MeV·cm2/mg,出现SEFI（单粒子功能中断）,通过重新配置,样品功能恢复正常;LET在1.66～64.8 MeV?cm2/mg范围内,未出现SEL（单粒子锁定）;试验发现,随SEU数量的累积,样品功耗电流会随之增加,对样品进行重新配置,电流恢复正常。电离总剂量辐照试验结果是:辐照总剂量75 krad(Si)时,2只样品功能正常,功耗电流未见明显变化。辐照到87 krad(Si)时,样品出现功能失效。试验表明SRAM FPGA属于SEU敏感的器件,且存在SEFI。SEU和SEFI会破坏器件功能,导致系统故障。空间应用SRAM FPGA必须进行抗单粒子加固设计,推荐的加固方法是三模冗余（TMR）配合定时重新配置（Scrubbing）。关键部位如控制系统慎用SRAM FPGA。     

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。     

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。     

联合被试设备的振动夹具结构仿真分析

由于和被试设备之间的耦合影响,所以对振动夹具的评价非常复杂。文章以轨道交通悬挂类变流装置的某通用型振动夹具为研究对象,与被试设备联合进行模态、动强度、疲劳等分析。仿真分析与试验的结果对比表明,振动夹具的固有频率会对被试设备的随机振动1σ应力和动力学响应产生较大影响;其承受的载荷在引入被试设备后更为合理,从而可以准确地预估振动夹具设计的合理性。联合被试设备的振动夹具结构仿真方法和结果可为振动夹具的校核、振动试验结果评价提供理论依据。     

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。     

GaN基高电子迁移率晶体管的质子辐照效应研究

文章研究了A1GaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的质子辐照效应。在3MeV质子辐照下,采用三种不同辐照剂量6×10¹⁴,4×10¹⁴和1×10¹⁵protons/cm²。在最高辐照剂量下,漏极饱和电流下降了20%,最大跨导降低了5%。随着剂量增加,阈值电压向正向漂移,栅泄露电流增加。AlGaN/GaN HEMT电学特性的退化主要是由辐照引入的位移损伤引起的。从SRIM软件计算出空位密度,将Ga空位对应的能级引入Silvaco器件仿真软件中,仿真结果与实验结果相匹配。Hall测试结果显示二维电子气（2DEG）浓度和迁移率在辐照后有所降低。     

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。     

商用ADSP-21060L总剂量辐照试验与分析

空间太阳望远镜(SST)设计采用多片商用数字信号处理器ADSP-21060L组成处理阵列,以完成在轨海量数据处理任务。其中商用ADSP-21060L片内资源丰富、结构复杂,其耐受总剂量辐射的能力是设计的关键指标。提出采用基于工程应用状态下的在线实时监测性能和参数的总剂量辐照试验方法;设计并完成5个样品芯片的总剂量辐照试验。试验结果表明该款芯片在总剂量大于20krad(Si)时功能失效,试验方案可行,试验数据可以作为其它星载计算机的设计参考。