GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的γ辐照研究

本文报道了γ射线辐照对量子阱红外探测器性能的影响。γ射线的辐射剂量分别为１ｍｒａｄ、６ｍｒａｄ、１６ｍｒａｄ。测量了器件在不同γ辐照剂量下的光谱响应、暗电汉、黑体响应率。通过对实验结果的分析,暗电流和黑体响应率随γ辐照剂量增加而递减,表明探测器的性能随γ射线辐照剂量的增加而逐步衰减。     

Pt/HgInTe肖特基红外探测器的抗辐照特性

碲铟汞Hg3In2Te6是(In2Te3)X-(Hg3Te3)1-X(X=0.5)的化合物,被称为缺陷相化合物.为了研究γ辐照对碲铟汞肖特基红外探测器的影响,首先运用直流平面磁控溅射技术在单晶HgInTe表面形成了Pt/Hg3In2Te6接触,然后对HgInTe晶片及其制作的Pt/HgInTe肖特基器件用不同剂量的γ射线进行辐照,利用I-V测试仪对其辐照前后的I-V特性进行测量,得到了辐照前后的反向漏电流,利用傅里叶红外光谱仪对辐照前后的响应光谱进行了对比,发现在短波方向响应光谱随辐照剂量的增大明显下降,但辐照剂量对于峰值波长的位置和截止波长的位置基本上没有明显影响,同时对辐照前后器件的探测率进行了对比,发现探测率随着辐照剂量的增大有所下降,但下降幅度和器件本身性能有关.最后对γ辐照引起探测器性能变化的辐照损伤机制进行了探讨,认为HgInTe在辐照剂量达到1×108 rad(Si)时,其性能也没有数量级的变化,具有很好的抗辐照特性.     

InAs/GaSb II类超晶格长波红外探测器的实时γ辐照效应

研究了InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波探测器的γ辐照效应.在~(60)Co源γ辐照下器件的电流—电压(I-V)特性并未随辐照剂量的增大而发生显著的变化,100 krad(Si)辐照剂量下的零偏阻抗相较辐照前的减小率仅为3.4%,表明该探测器具有很好的抗辐照性能.结合不同辐照剂量下的实时I-V特性曲线和辐照停止后器件电流随时间的演化情况,对辐照所带来的器件性能的损伤以及微观损伤机理进行了分析.发现零偏压和小反向偏压下,辐照开始后电流即有明显增大,辐照损伤以暂态的电离效应为主导,器件性能可以在很短时间内恢复.而大反向偏压下器件暗电流的主导机制为直接隧穿电流,辐照所引入位移效应的影响使得暗电流随辐照剂量增大而减小,损伤需通过退火效应缓慢恢复,弛豫时间明显长于电离效应损伤.     

高速InGaAs光电探测器γ辐照实验研究

高速InGaAs光电探测器在天基平台中的应用正逐渐广泛,研究空间辐射环境对高速InGaAs光电探测器性能的影响有着重要意义。采用实时测试法,研究了不同剂量及不同剂量率的γ辐照对高速InGaAs光电探测器响应度、3dB带宽及暗电流特性的影响,通过器件性能实时测试分析发现,器件的暗电流随辐照剂量或剂量率的增加而增大,而响应度、3dB带宽基本不变。     

基于g-r噪声特性的JFET晶体管总剂量效应研究

为了研究N沟道硅结型场效应晶体管（JFET）在辐照环境下的电特性和噪声特性,利用Co-60源对其进行了γ射线辐照试验。辐照剂量率为0.1 rad(Si)/s,累积总剂量为100k rad(Si),辐照试验以及参数测试均在室温下进行。辐照后,器件的电特性保持不变,但产生复合（g-r）噪声随辐照剂量的增加而增大。通过对噪声功率谱密度数据拟合后发现,g-r噪声的特征频率只有非常微小的变化,而g-r噪声幅度在逐渐增大。利用辐照引起的相同种类（激活能相同）的点缺陷密度的增加以及点缺陷捕获-释放载流子几率的增大机制对试验数据进行了解释。     

延伸波长InGaAs红外探测器的实时γ辐照研究

通过实时测试方法,研究了延伸波长InGaAs红外探测器在55×104rad的γ辐照下的电流-电压特性变化,发现器件的暗电流没有明显变化,零偏电阻稍有变化,但变化的幅度很小。在辐照前后对器件的性能进行了测试,发现在辐照后器件的信号稍有下降,噪声基本不变,说明在受到辐照后器件的探测性能略有下降。对器件在辐照前后的低频噪声进行了测试,发现整个低频区的噪声都没有明显的改变。这些结论表明γ辐照对延伸波长InGaAs器件的影响较小。     

SOI器件X射线与60Co γ射线总剂量效应比较

为进行10 keV X射线和60Co γ射线总剂量辐射效应的比较,采用这两种辐射源对SOI (Silicon-on-Insulator) n-MOSFET在不同偏置条件下进行总剂量辐照试验,分析了SOI NMOS器件在两种辐射源下辐照前后的阈值电压的漂移值并进行比较.实验结果表明,SOI NMOS器件的前栅特性中X射线与60Co γ射线辐照感生阈值电压漂移值的比值α随总剂量增加而增大,而背栅特性中α值在不同偏置条件下变化趋势是不同的;在总剂量为1×106 rad(Si)时,前栅器件α值为0.6～0.75,背栅器件α值为0.76～1.0.     

AlGaN肖特基紫外探测器的γ辐照效应

对AlGaN 肖特基紫外探测器件用不同剂量的γ射线进行辐照,测量了器件辐照前后的电流-电压特性、电容-频率曲线和响应光谱曲线的变化.实验发现γ辐照对器件的暗电流没有产生大的影响,但大剂量的辐照有使肖特基势垒高度降低的趋势.同时辐照还引起了器件的电容的频率特性的增强,并且降低了器件的响应率.这些现象可能是γ辐照在AlGaN材料中诱生了新的缺陷能级造成的.     

短波红外In0.53Ga0.47As探测器的实时γ辐照研究

空间应用短波红外InGaAs探测器的性能不断提高,对辐照损伤越来越敏感.通过实时测试的方法,研究了不同剂量和不同剂量率的γ辐照对晶格匹配In0.53Ga0..47As探测器电流-电压特性的影响.发现在反向偏压下,辐照在器件中引起的光电流约为2 nA.辐照还会在器件引入累积损伤,导致器件的暗电流增加,并且在辐照结束后的十几分钟内不会发生恢复.当剂量率一定时,器件暗电流随着辐照剂量的增加而增大,但增大的速度趋于变缓.当总剂量一定时,器件接受的辐照剂量率越大,其暗电流的增加越多.     

PD SOI nMOSFETs中浮体效应对辐照性能的影响

在SIMOX衬底上制备了H形栅和环形栅PD SOI nMOSFETs,并研究了浮体效应对辐照性能的影响.在106rad(Si)总剂量辐照下,所有器件的亚阈特性未见明显变化.环形栅器件的背栅阈值电压漂移比H型栅器件小33%,其原因是碰撞电离使环形栅器件的体区电位升高,在埋氧化层中形成的电场减小了辐照产生的损伤.浮体效应有利于改进器件的背栅抗辐照能力.     

Stability of submicron AlGaN/GaN HEMT devices irradiated by gamma rays

AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) with 0.75 μm gate-length and incorporated C-doped GaN buffer layers have been exposed to gamma radiation. The devices have been irradiated to cumulative doses up to 10⁷ rad. The effect of gamma irradiation on the direct current (DC) and low-frequency noise properties of these devices have been investigated in reference to the unexposed device. The DC and noise characteristics show deteriorating device performance upon the gamma exposure. However, some DC parameters, such as transconductance, tended to recover after the irradiation. The gate leakage current and low-frequency noise power spectra indicate this trend even couple of months after the irradiation.     

Effect of neutron and gamma irradiation on the low-frequency noise in GaAs m.e.s.f.e.t.s

Low-frequency noise in GaAs m.e.s.f.e.t.s has been measured from 2 kHz to 1.5 MHz as a function of fast neutron fluence and gamma dose. From 5 × 1013 to 8 × 1014 n/cm2, the noise increases appreciably, with the noise enhancement from 2 to 10 kHz attributed to generation-recombination noise in the gate depletion layer and from 500 kHz to 1.5 MHz to channel trapping effects. There was comparably little change with gamma irradiation up to doses above 107 rad (Si).     

总剂量辐照加固的PDSOI CMOS 64k静态随机存储器

在国内首次使得1.2μm部分耗尽SOI 64k静态随机存储器的抗总剂量能力达到了1×106 rad(Si),其使用了SIMOX晶圆. 在-55～125℃范围内,该存储器的数据读取时间几乎不变.在经过剂量为1×106 rad(Si)的总剂量辐照后,该存储器的数据读取时间也几乎不变,静态功耗仅从辐照前的0.65μA变化为辐照后的0.8mA,远远低于规定的10mA指标;动态功耗仅从辐照前的33mA变化为辐照后的38.1mA,远远低于规定的100mA指标.     

GaAs 10 bit DAC的抗辐射设计和实验

通过分析砷化镓(GaAs)器件的电离辐射剂量率辐照机理和效应,结合电路结构,描述了砷化镓10 bit数模转换器(DAC)的电离辐射剂量率辐射效应、抗辐射设计和辐照实验。在电路设计上,10 bit DAC由两个5 bit DAC组成,通过芯片内部合成10 bit DAC,有效降低了芯片面积和制造工艺难度;通过分析电路的电离辐射剂量率辐射效应,针对敏感电路进行局部电路的抗辐射设计,提高电路抗辐射能力;结合实验条件和器件引线分布,设计合理的辐照实验方案,开发辐照实验电路板,进行辐照实验,获得科学的实验结果,验证电路的抗辐射能力。实验结果表明该数模转换器能够抗3×1011rad(Si)/s剂量率的瞬时辐照。     

CMOS图像传感器电子辐照实验的研究

研究了电子辐射剂量对CMOS图像传感器性能的影响,性能参数为平均暗电流输出和光强响应度。搭建了电子辐射场和光强响应度的测量系统,在器件处于工作状态和非工作状态下分别对其辐射,辐射剂量为:5103 rad、1104 rad、7104 rad、1105 rad、5105 rad。对于暗电流,当辐射总剂量超过7104 rad~1105 rad之间的某一个阈值时,暗电流随着辐射剂量的增长基本呈线性增加;光强响应方面,当器件处于非工作状态接受辐射时,辐射剂量对光强响应影响不大;当器件处于工作状态接受辐射时,辐射剂量超过7104 rad,光强响应曲线会下移,斜率减小,灵敏度降低。理论分析后,得到了暗电流随电子辐射剂量的变化模型。研究表明:长期工作于空间环境下的CMOS图像传感器,容易受到辐射总剂量效应的影响,需采取一定的防辐射措施。     

Effects of gamma irradiation on the insulated-gate bipolar transistor

The effects of gamma irradiation on the International Rectifier IRGBC20 insulated-gate bipolar transistor (IGBT) was investigated. These devices were found to be sensitive to gamma irradiation due to their metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor (MOSFET) input drive. Total doses as small as 50 Krads(Si) increased the saturated collector current (I_c) by an order of magnitude when the irradiation was performed with zero gate bias. For a constant (V_g − V_th) of 0.5 V, I_c decreased to about half its pre-irradiation value after irradiation to 40 Krads(Si). The threshold voltage of the MOSFET shifted in the negative direction with the largest and smallest shifts occurring for a positive and negative gate bias applied during the irradiation, respectively. The shift in threshold voltage saturated at the cut-in voltage of the P-i-N diode portion of the device, indicating that gamma irradiation does not affect the P-i-N diode. The reverse blocking leakage current of the device is not very sensitive to radiation below a total dose of 400 Krads(Si), but increases sharply for larger doses. All of these radiation-degraded characteristics of the IGBT are primarily the result of increasing interface-state and oxide-trapped charge densities with total radiation dose, which decreases the carrier channel mobility by increased carrier scattering. Both room temperature and 150°C annealing were observed to partially recover all of the device characteristics by reducing the radiation-induced oxide-trapped charges.     

纯硅芯光纤的空间辐照环境适应性

研究了光纤的辐照损伤机理,对纯硅芯光纤与传统芯层掺杂光纤的结构特点进行了系统地分析,从结构组成特点上分析了两者的抗辐照性能差异。研究了国内外关于光纤的抗辐照试验标准,对各标准中剂量率、总剂量等试验条件差异进行了对比,并对不同剂量率对光纤辐照试验结果的影响进行了分析,给出了光纤在空间辐照环境条件下应用的辐照试验条件的选择原则。最后,采用0.1 rad（Si）/s剂量率对某国产纯硅芯光纤的抗辐照性能进行了试验评估,光纤在20 k rad（Si）总剂量辐照后光纤损耗为1.934 dB/km。空间辐照性能评估结果满足该项目的宇航型号的空间环境使用需求,辐照评估结论为可用。     

Influence of Floating Body Effect on Radiation Hardness of PD SOI nMOSFETs

H-gate and closed-gate PD SOI nMOSFETs are fabricated on SIMOX substrate,and the influence of floating body effect on the radiation hardness is studied.All the subthreshold characteristics of the devices do not change much after radiation of the total dose of 1e6rad(Si).The back gate threshold voltage shift of closed-gate is about 33% less than that of Hgate device.The reason should be that the body potential of the closed-gate device is raised due to impact ionization,and an electric field is produced across the BOX.The floating body effect can improve the radiation hardness of the back gate transistor.     

SIMOX埋氧层的总剂量辐射硬度对埋氧层中注氮剂量的敏感性

为了提高SIMOX(separation-by-implanted-oxygen)SOI(silicon-on-insulator)结构中埋氧层(BOX)的总剂量辐射硬度,埋氧层中分别注入了2×1015和3×1015cm-2剂量的氮.实验结果表明,在使用Co-60源对埋氧层进行较低总剂量的辐照时,埋氧层的总剂量辐射硬度对注氮剂量是非常敏感的.尽管埋氧层中注氮剂量的差别很小,但经5×104 rad(Si)剂量的辐照后,注入2×1015cm-2剂量氮的埋氧层表现出了比未注氮埋氧层高得多的辐射硬度,而注入3×1015cm-2剂量氮的埋氧层的辐射硬度却比未注氮埋氧层的辐射硬度还低.然而,随辐照剂量的增加(从5×104到5×105rad(Si)),这种埋氧层的总剂量辐射硬度对注氮剂量的敏感性降低了.采用去掉SOI顶硅层的MOS高频C-V技术来表征埋氧层的总剂量辐射硬度.另外,观察到了MSOS(metal-silicon-BOX-silicon)结构的异常高频C-V曲线,并对其进行了解释.