电离辐射对部分耗尽SOI器件关态电流的影响

针对辐射前后环栅与条栅结构部分耗尽绝缘体上硅(SOI,Silicon On Insulator)器件关态电流的变化展开实验,研究结果表明辐射诱使关态电流增加主要取决于侧壁泄漏电流、背栅寄生晶体管导通、带-带隧穿与背栅泄漏电流的耦合效应.在条栅结构器件中,辐射诱生场氧化层固定电荷将使得器件侧壁泄漏电流增加,器件前、背栅关态电流随总剂量变化明显;在环栅结构器件中,辐射诱使背栅晶体管开启将使得前栅器件关态电流变大,而带-带隧穿与背栅泄漏电流的耦合效应将使得器件关态电流随前栅电压减小而迅速增加.基于以上结果,可通过改良版图结构以提高SOI器件的抗总剂量电离辐射能力.     

星载L波段宽带低噪声放大器芯片设计

基于0.25μm 砷化镓赝品高电子迁移率晶体管（GaAs pHEMT）工艺，设计了一款应用于星载微波接收机的L波段单片微波集成电路（MMIC）低噪声放大器（LNA）。该低噪声放大器采用电流复用拓扑结构，降低了芯片的工作电流，节省了宝贵的卫星能量资源；通过两级负反馈方式优化了器件的稳定性和增益平坦度，提高了卫星通信质量；恒流源的偏置结构使得工作电流随工艺波动较小，芯片维持在稳定的工作状态下。测试结果表明：该放大器工作电流为35mA，在频率范围0.9~1.8GHz内，增益大于33dB，噪声系数小于0.6dB，增益平坦度小于0.5dB；芯片尺寸为2.0mm×1.3mm，满足航天产品的高性能小型化应用需求。     

漏极注入HPM对高电子迁移率晶体管的损伤机理

针对典型GaAs高电子迁移率晶体管（HEMT）低噪声放大器,利用半导体仿真软件Sentaurus-TCAD建立了HEMT低噪声放大器二维电热模型,考虑高电场下的载流子迁移率退化和载流子雪崩产生效应,分析了由漏极注入高功率微波(HPM)情况下器件内部的瞬态响应,通过分析器件内部电场强度、电流密度、温度分布随信号作用时间的变化,研究了其损伤效应与机理。研究结果表明,当漏极注入幅值17.5V、频率为14.9GHz的微波信号后,峰值温度随信号作用时间的变化呈现周期性“增加—减小—增加”的规律。在正半周期降温,在负半周期升温,总体呈上升趋势,正半周电场峰值主要出现在漏极,负半周电场峰值主要出现在栅极靠漏侧,端电流在第二周期之后出现明显的双峰现象。由于热积累效应,栅极下方靠漏侧是最先发生熔融烧毁的部位,严重影响了器件的可靠性,而漏极串联电阻可以有效提高器件抗微波损伤能力。最后,对微波信号损伤的HEMT进行表面形貌失效分析,表明仿真与试验结果基本相符。     

面向太空环境应用的抗辐照有源光纤特性研究

针对太空恶劣辐射环境会造成光器件的光学性能降低或失效的问题。本文利用改良化学气相沉积法（MCVD）结合原子层沉积（ALD）掺杂技术制备铋铒共掺光纤（BEDF）,经不同辐照剂量的伽马射线处理,与掺铒光纤（EDF）的光谱特性进行对比研究。光纤样品分别经0.3 kGy、0.5 kGy、0.8 kGy 和 1.5 kGy辐照处理,对比光谱发现 BEDF的辐照诱导损耗（RIA）的增加明显低于EDF, 特别是经1.5 kGy 的辐照处理,EDF的RIA比BEDF增加1.93 dB/m。EDF的荧光强度随辐照剂量的增加而降低,并低于未辐照前的荧光强度,而对于BEDF而言,其荧光强度随辐照剂量增加先增加后减弱,且均高于未辐照的荧光强度。实验结果表明,BEDF光纤具有一定抗辐照特性,对应用于太空环境具有重要研究意义。     

柔片式密封数值计算及性能分析

针对高速转子柔片式密封系统,建立了密封区域流场的数学模型,采用一种修正的压力耦合方程组的半隐式方法(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations Revised, SIMPLER)算法和有限差分法对数学模型进行数值求解,构建了柔片式密封性能分析程序,得到密封系统的压力场分布、速度场分布及泄漏量等,研究了不同结构参数和工况参数对密封性能的影响.分析结果表明:泄漏量随密封压差的增大呈线性增长趋势,而随转子转速的增大略有减小;增加柔片宽度、减小柔片长度、减小前/背板-转子间距均对降低密封系统的泄漏量有益,而柔片安装角度的变化则对密封系统的泄漏量影响不明显.基于流场的结果,柔片和转子的动力学响应将被研究.      

基于光学微腔模式劈裂的角速率测量方法

传统的光学谐振陀螺(ROG)把背向散射作为重要误差源之一,须尽量抑制其影响.在光学谐振腔的品质因数极高时,背散光得到足够的增强,不能再被简单地视为噪声.背向散射会引发模式劈裂,所形成的劈裂模谐振频率会随腔体旋转角速率发生变化.结合Sagnac效应,修正有源光学谐振腔模式劈裂传感原理的数学模型,推导出腔体旋转角速率与劈裂值的映射关系式.通过仿真分析不同掺杂增益系数以及不同光纤锥耦合强度下的反射谱线,发现谐振腔工作在欠耦合区域更适合角速率测量.掺杂增益介质可以提高品质因数,减小谐振峰线宽,使得模式劈裂谱线更容易观测.理论与计算机仿真分析表明品质因数为108的光学微腔测量分辨率可达10-6(°)/s,所提出的角速率敏感机制很有应用前景.      

气膜密封阻尼结构的气膜稳态特性分析

针对航空发动机等高速旋转机械的气体动密封和转子系统的振动问题,提出一种新型的带金属橡胶弹性外环的气膜密封阻尼结构,其作用是在转静子之间建立气膜用于阻尼和封严,高弹性阻尼材料的外环用于控制气膜的动力特征.基于准静态法建立转子-气膜-金属橡胶外环三者之间的流固耦合关系,采用有限差分法求解气膜压力场,得到表征气膜密封阻尼结构稳态特性的气膜力、泄漏量和摩擦转矩随参数变化的规律.计算结果表明:弹性外环能有效地改善气膜压力场的分布.具有良好稳态性能的结构参数选取范围应结合实际工况确定.在给定的工况条件下,长径比取1.5,密封间隙取0.05mm,柔性系数在2左右为佳.      

两冕流间的对称径向膨胀日冕物质抛射事件

本文讨论了发生在冕流对之间的1980年5月6日日冕物质抛射事件。提出了一种描述事件外环运动的经验模型,把环的观测外形表达为在运动坐标系中的Cassini函数。环的发展过程分为两个阶段:在前一阶段,外环处于冕流对盔状结构之间,事件的发展以角宽度膨胀为主,其对称轴从赤道向北纬方向移动;径向膨胀和上升速度较低,加速效应明显。在后一阶段,外环越过冕流盔状结构所在高度,角膨胀趋于停止;运动接近于等角宽度和纯径向匀速的膨胀和上升运动。当外环向外运动时,其顶部和几何中心的高度均随时间而增加,但其底部高度基本上保持不变。根据上述观测特征,讨论了事件形成的可能机制。      

航天器介质材料深层充放电实验与数值模拟

空间辐射环境中高能电子诱发的介质材料深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一. 本文采用不同束流强度的电子枪电子, 研究了不同厚度的聚酰亚胺薄膜的深层充电过程; 利用Sr90放射源电子模拟GEO轨道高能电子环境, 研究了在其辐照下聚甲醛树脂和聚四氟乙烯材料的表面电位变化; 实验观测了深层放电产生的电流脉冲和电场脉冲. 提出了深层充电模型, 较好地模拟了实验测量结果, 并且分析了深层充电平衡电位和平衡时间随电子束流强度和介质电阻率的变化规律. 实验和数值模拟结果初步揭示了深层充放电效应的特征及规律, 表明深层充电现象随着电子束流强度和介质电阻率的增加而趋于明显, 介质电阻率是影响深层充电平衡电位和平衡时间的主要因素.      

星载大功率复杂微波部件微放电效应数值模拟

随着航天器有效载荷技术向高功率、小型化持续发展,复杂结构微波部件微放电数值模拟与阈值分析成为影响微放电分析的基础瓶颈问题。基于电磁时域有限差分计算方法与粒子模拟技术,结合二次电子发射模拟,提出了微放电电磁粒子联合仿真方法,数值模型中考虑了真实电子间的库仑力以及电子运动产生的电荷和电流变化对电磁场的影响,解决了复杂结构微波部件微放电三维数值模拟技术难题。实现了在统一的三维空间网格与时间步进行电磁场值演变计算、电子运动状态变化推进计算与二次电子产额与能量分布计算,基于得到的二次电子数目随时间变化趋势实现了微放电阈值预判,通过微放电电子随时间演化获得了微放电过程具体物理图像及放电位置,并与实际器件微放电实验进行了对比验证。结果表明,所提出的三维电磁粒子数值模拟方法可对大功率微波部件微放电效应的物理过程与具体放电位置进行三维描述,预测的阈值与微放电实验测量值吻合良好,误差小于1.2dB,验证了该方法的有效性与准确性,对于深入研究微放电效应微观物理机制、提高大功率微波部件微放电设计与分析水平具有重要意义。