一种高压直采ADC的抗总剂量辐照设计

由于γ射线对SiO2的电离作用，会引起MOS管阈值电压负漂移和二极管死区漏电变化，负漂移和漏电变化程度随MOS管栅氧厚度增加而加大。这样在设计高压直采ADC时，实现稳定基准和低漏电开关是个难点，通常的解决方法是优化电路参数裕量和版图，但很少考虑MOS管的反型和二极管的死区漏电。重点研究了MOS器件阈值和二极管死区漏电流变化对器件参数影响的机理，并提出一种不同电源电压MOS管结合设计思路，同时考虑了减小二极管死区漏电的影响。最后，通过使用不同电源电压MOS管设计和二极管死区漏电流分析，高压ADC在50krad（Si）总剂量条件下仍能达到设计要求。     

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).     

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。     

MOSFET单粒子烧毁引起的DC/DC电源变换器功能失效试验研究

文章利用回旋加速器产生的Kr离子,对双路输出的DC/DC电源变换器开展了单粒子效应试验研究,分析了在空载和加载两种偏置条件下的试验结果,指出内部功率MOSFETs器件的漏-源端电压在单粒子辐照条件下超出了器件的击穿电压是导致DC/DC电源变换器单粒子功能失效的直接原因,最后给出了航天器电源系统抗辐射设计和功率MOSFETs器件选用建议。     

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。     

NAND Flash存储器单粒子效应试验研究

单粒子效应易诱发空间电子设备发生在轨故障。文章针对大容量NAND Flash存储器，利用皮秒脉冲激光和高能重离子开展了试验研究，明确了此类器件的单粒子效应特点，探索了新型集成电路单粒子效应试验评估方法，为工程设计及试验评估提供了技术基础与保障。经皮秒脉冲激光试验发现，NAND Flash存储器件的存储单元易发生单粒子多位翻转，控制电路单元则发生单粒子锁定和功能中断。 经高LET值Xe+离子辐照试验发现，重离子会诱发器件产生电流尖峰脉冲（或电流火花）现象；在NAND Flash存储器未加电状态下，仍可诱发单粒子翻转；重离子辐照后存储器坏块明显增加，试验获得的单粒子翻转截面高达1.18×10-7cm2/位。基于试验结果分析，认为发生多位翻转的原因是激光束覆盖多个存储单元所造成；重离子辐照引起的浮栅晶体管击穿是存储器坏块增多的原因。     

宇航用反激电源通过控制变压器漏感提高抗辐射能力研究

宇宙中辐射粒子的遂穿效应会造成反激电源中输出整流二极管反向击穿电压降低，若降低到低于反向尖峰电压，则会击穿二极管，导致电源损毁。因此，通过降低整流二极管反向尖峰电压，可提高宇航用电源的抗辐射能力。通过理论分析和Saber软件仿真分析，验证了变压器漏感是整流二极管反向尖峰电压产生的主要因素之一。采用不同的变压器绕制方法来减小漏感，可使整流二极管的反向尖峰电压得到有效抑制，可靠性得到大幅提高，并成功应用于宇航反激电源的设计。     

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.     

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。     

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。
     

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。     

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。     

MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效分析

为验证一款GaN功率放大器抗空间辐射效应能力,对其进行了重离子单粒子效应试验研究。被试样品是由GaN HEMT、MOS电容器和电感器等组成的混合电路。试验源为加速器产生的锗离子(Ge+13,能量205 MeV),线性能量传输(LET)值为37.4 MeV·cm~2/mg。试验结果是:GaN HEMT性能未出现变化;MOS电容器发生了介质击穿失效,造成功率放大器功能失效。经验公式计算的单粒子介质击穿电压,与重离子试验结果基本吻合,得出MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效。研究表明,混合电路中无源的MOS电容器也会发生单粒子介质击穿失效,应用于空间环境时应进行单粒子效应评估。     

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。     

高能X射线辐照材料的SPH数值模拟

高能脉冲X射线辐照材料时,能量沉积会使材料表层发生气化,并在材料内部形成高压热击波。目前一般采用差分方法对高压热击波过程进行数值模拟。文章尝试采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对X射线辐照材料进行数值模拟,由于材料表层的气化膨胀所致,膨胀后的粒子体积是原来的几十倍甚至上百倍,产生粒子大变形的粒子穿透现象;分析了产生粒子穿透现象的主要原因是气化边界处密度计算公式不合适所致,为此对密度计算公式进行了改进,并开展了基于改进密度计算公式的两种方法的数值模拟,两种方法的计算结果比较一致。     

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。     

典型国产双极工艺宇航用稳压器单粒子闩锁 效应研究

通过对某国产双极工艺宇航用稳压器进行不同LET值重离子辐照试验，实时监测器件输出电压的变化幅度和器件供电管脚电流，准确评估了器件抗单粒子效应性能。研究结果表明器件发生单粒子瞬态效应阈值小于5 MeV·cm 2·mg -1 ，当辐照重离子LET值增加至37.37 MeV·cm 2·mg -1 时，诱发器件产生单粒子闩锁效应，器件供电管脚电流由6 mA陡增至24 mA。在分析重离子试验数据的基础上，借助脉冲激光获得了器件内部单粒子效应敏感区域位置和结构特征。分析认为由于芯片内部多个功能模块共用一个隔离岛，同一个隔离岛内的器件之间形成的寄生PNP管与隔离岛内NPN管形成了PNPN可控硅结构，当入射重离子LET值足够大时将诱发寄生PNPN结构导通，进入闩锁状态。采用模拟软件Spectre实现了电参数级的瞬态故障注入模拟，复现了该双极工艺结构下单粒子闩锁效应现象。     

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。     

S781白漆在空间辐照环境下物性变化分析

文章研究S781白漆分别在紫外、质子和紫外+质子+电子综合辐照环境下太阳吸收率(αs)的退化情况,并利用X射线光电子能谱（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）对样品表面的成分和形貌进行了分析。结果表明:S781白漆的αs受紫外辐照影响较小,但是在质子和综合辐照条件下退化明显。紫外辐照会对S781的硅树脂粘合剂产生裂解作用,质子辐照下样品表面会有污染形成,电子辐照会对深层的硅树脂性质产生影响。