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。     

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.      

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下降或失效的问题,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)和掺铒光纤(EDF),经不同辐照剂量的伽马射线处理后,对它们的光谱特性进行对比研究。光纤样品分别经0.3kGy、0.5kGy、0.8kGy和1.5kGy辐照处理,对比光谱发现BEDF的辐照诱导损耗(RIA)的增幅明显低于EDF,特别是经1.5kGy的辐照处理后,EDF的RIA比BEDF高1.93dB/m。EDF的荧光强度随辐照剂量的增加而降低,且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的增加先增加后减弱,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。     

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。      

宇宙线暴时增加及其特征

利用11个地面超中子堆的资料分析了6个不同地磁暴期间由于赤道环电流增强引起的暴时增加,并分析了它们的特征。结果表明,地磁暴愈强,暴时增加愈明显。暴时增加与地磁H分量的变化有很好的负相关,并有明显的纬度效应或与地磁截止刚度有依赖关系。北京地区是暴时增加相当明显的区域。暴时增加还有明显的地方时依赖关系。在白昼一侧的增加更大,表明环电流具有不对称性的特征。      

由环电流的宇宙线效应验证二维对称环电流模型

本文利用不同纬度超中子堆记录的宇宙线强度, 对不同磁暴类型下环电流的宇宙线效应进行了分析。加强的西向环电流使宇宙线截止刚度下降, 在某些特大的磁暴中, 中低纬字宙线截止刚度下降可达1GV以上, 从而使宇宙线强度增加。利用二维对称环电流模式, 从宇宙线的角度计算了环电流的磁暴效应。与实际观测值的对比显示, 除非特大的磁暴过程, 利用该模式所得结果与实际观测符合得较好。      

电离层水平电场与风场的耦合模拟研究

设计了一个将电离层水平电场与风场耦合的模拟方案,研究了电流函数和风场在耦合前后的变化与差异. 研究发现,水平电场与风场相互反馈后,风场的变化比电流函数小. 经向风在白天有较明显的差异,夜晚的差异比白天小,主要出现在中高纬地区,并随高度的增加而增大,300km左右达到最大值,其后几乎保持不变. 纬向风有与经向风相似的变化,但纬向风耦合前后的差异比经向风小. 电流函数在耦合后有较大改变,两个涡旋强度都有较强增加,并且北半球的增强大于南半球,而夜晚差异较小. 结果表明,在研究的高度范围内,风场对电场的控制作用大于电场对风场的影响.      

130nm体硅反相器链的单粒子瞬态脉宽特性研究

针对130 nm体硅反相器链,利用脉冲激光和重离子实验研究了目标电路单粒子瞬态（SET）的脉宽特性,并分析了电路被辐射诱发的SET脉宽特性受激光能量、重离子线性能量传递（LET）值、PMOS管栅长尺寸等因素的影响机制。重离子和脉冲激光实验结果类似,均表现为随激光能量、LET值的增加,电路被辐射诱发的SET脉宽逐步增大,且表现出明显的双（多）峰分布趋势,但辐射诱发的SET脉冲个数呈先增加再减少规律。此外,实验结果表明,在不同激光能量、LET值下,PMOS管栅长尺寸影响反相器链SET脉冲的特征不同。当激光能量、LET值较低时,PMOS管栅长尺寸大的电路产生的SET脉宽较大,而当激光能量、LET值较大时,PMOS管栅长尺寸小的电路反而产生更宽的SET脉冲。分析表明,较高激光能量、LET辐照时,寄生双极放大效应被触发可能是导致PMOS管栅长尺寸影响电路SET特征差异的主要原因。      

Electric currents from thunderstorms to the ionosphere during a solar cycle: Quasi-static modeling of the coupling mechanism

Conduction and displacement currents, and their sum the Maxwell current, generated over a thunderstorm (TS) with recurrent lightning discharges are investigated theoretically. The aim is to study better the influence of different factors on these currents, which form the link between thunderstorms and the ionosphere in the global atmospheric electrical circuit. The factors studied concern the thunderstorm characteristics (the charge separation current, and the lightning discharge parameters), as well as the atmospheric and cloud conductivity. Some of these factors may show long-term changes with the 11-year solar cycle, possibly realized through an inverse dependence of the cosmic ray flux on solar activity. Earlier investigations have suggested that the lightning-related charge redistribution and subsequent relaxation, rather than the high intensity current, is mainly the source of the energy coupled to the ionosphere. With respect to this, a quasi-electrostatic analytical model is proposed, based on Maxwell’s equations. The currents are generated by a TS modeled as a positive vertical dipole with charges which are first accumulated and then destroyed by lightning. Our computations show that the mean and peak values of the conduction and total Maxwell currents to the ionosphere depend significantly on the charge moment change. The mean currents are also sensitive to the reduction of the conductivity in thunderclouds. Small variations of the stratospheric conductivity (20% at geomagnetic latitude 40° and 40–50% at 55°) with the solar activity do not influence the currents to the ionosphere very much.     

非径向地磁力线对计算电离层电场及三维电流系的部分影响

本文对Kamide等人的由地面磁变化计算电离层电场、电流及场向电流的方法做了改进。给出了计入非径向地磁力线对电离层电导率影响下的电位φ的二阶偏微分方程。通过实例计算考查了由地面磁资料计算电离层电场、电流及场向电流中地磁力线非径向性的部分效应。结果表明,即使在高纬极光区,这部分效应也是重要的、不能忽视的;此外,计入这一效应使得计算量明显减少。      

火星空间大尺度电流体系分布特征

在MHD模型基础上, 对火星空间环境的电流分布进行了模拟. 结果表明, 火星空间存在着弓激波电流、磁堆积区电流、电离层电流和磁尾电流. 弓激波电流在激波曲面上均由北向南自成体系, 电流密度在弓激波顶区域较大. 在向阳面磁堆积区边界电流与电离层电流彼此耦合形成完整的回路, 在背阳面磁堆积区边界电流与磁尾中心电流片耦合形成完整的回路.      

低轨道航天器高电压太阳电池阵电流泄漏效应分析计算

在一种简化的太阳电池阵结构模型基础上, 利用太阳电池阵电流收集经验模式,基于电流平衡, 建立了一种计算低轨道航天器高电压太阳电池阵在等离子体环境中电流泄漏的方法. 利用该方法, 对高电压太阳电池阵电流泄漏效应与低轨道等离子体环境、电池阵电压、电池阵裸露金属面积的关系进行了分析计算.结果表明, 随着轨道高度增加, 电流泄漏引起的电池阵功率损失迅速下降, 影响最严重的区域为电离层等离子体密度最高的300～400 km高度的轨道区域; 电流泄漏引起的功率损失与太阳电池阵电压呈指数关系, 电压越高功率损失越大; 200 V以下的电池阵功率损耗较小, 远低于电源系统总功率的1%;电流泄漏与太阳电池阵裸露金属导体的表面积呈正比关系, 因此, 通过减少太阳电池阵裸露面积, 可以降低电流泄漏的影响.      

Current carriers for the field-aligned current system

Recently the Dynamics Explorer satellites have returned a large body of data containing high resolution magnetometer measurements and distributions of charged particles of all but thermal electrons. From these data a systematic study has begun of the relations of the field-aligned currents to particle precipitation structures and the identification of the charge carriers. The data have been separated into three levels of magnetic activity and three local time sectors. Results of this study include the following:1. During very quiet periods, field-aligned currents exist primarily as fine structure.2. During onset of substorms, Region 1 and Region 2 become clearly evident but contain significant structure.3. As magnetic activity subsides, current regions become less distinct, and structure becomes more dominant.4. The distribution of the upward currents derived from magnetometer data and calculated from suprathermal electron data agree remarkably well in shape but not necessarily in magnitude.5. At all local times, >5 eV electrons seldom carry most of the upward current.6. Except for the accelerated Inverted-V electrons, the dominant upward current carriers which are measured are below 500 eV and are distributed in energy.7. Dusk upward currents (Region 1) are associated with the Boundary Plasma Sheet (BPS).8. Suprathermal electron bursts are important current carrying structures.     

Controlling factors of Region 2 field-aligned current and its relationship to the ring current: Model results

One essential component of magnetosphere and ionosphere coupling is the closure of the ring current through Region 2 field-aligned current (FAC). Using the Comprehensive Ring Current Model (CRCM), which includes magnetosphere and ionosphere coupling by solving the kinetic equation of ring current particles and the closure of the electric currents between the two regions, we have investigated the effects of high latitude potential, ionospheric conductivity, plasma sheet density and different magnetic field models on the development of Region 2 field-aligned currents, and the relationship between R2 FACs and the ring current. It is shown that an increase in high latitude potential, ionospheric conductivity or plasma sheet density generally results in an increase in Region 2 FACs’ intensity, but R2 FACs display different local time and latitudinal distributions for changes in each parameter due to the different mechanisms involved. Our simulation results show that the magnetic field configuration of the inner magnetosphere is also an important factor in the development of Region 2 field-aligned current. More numerical experiments and observational results are needed in further our understanding of the complex relationship of the two current systems.