基于马尔科夫过程的半导体激光器空间辐射可靠性分析

通过对半导体激光器辐射效应的分析,得到了器件在空间环境中的损伤规律和退火规律.根据辐射效应的特点,将器件的性能退化表示为泊松过程与指数过程的结合,建立了基于马尔科夫过程的可靠性模型,利用一步概率转移矩阵获得了故障概率分布函数、可靠度函数以及平均故障前时间的计算方式.根据已有数据,对半导体激光器在空间辐射环境中的性能退化过程进行了仿真,得到了总测试时间为100 000 h时器件的故障概率分布曲线,计算得出平均故障前时间约为42 758.9 h,此时器件可靠度为0.451.分析了不同时间条件下器件的状态概率分布律,结果符合器件性能退化的一般规律,能够描述出器件的失效过程.     

基于泊松过程的半导体激光器空间辐射效应研究

针对始终处于加电状态工作模式的半导体激光器,通过分析单个粒子对器件的辐射过程,将空间辐射效应离散的描述为所有单粒子造成辐射效应的累积。考虑到粒子到达服从泊松过程的特点,建立了半导体激光器空间辐射效应性能退化模型。推导了器件可靠度函数以及平均故障前时间的表达式。对InGaAs多量子阱激光二极管在高轨空间辐射环境中的性能退化过程进行了仿真,得到了器件的光功率退化曲线。结果表明光功率退化量与辐射时间近似成正比例关系。由此提出了同时考虑辐射与退火效应条件下,器件的光功率退化速率,通过拟合得出该速率与空间辐射平均剂量率成正比。获得了半导体激光器的可靠度曲线,进而计算了器件的平均故障前时间。     

空间辐射下卫星光通信系统半导体激光器的可靠性估计

基于空间辐射和器件辐射效应的特点,选取正态分布对辐射的剂量率和单位辐射剂量造成的性能退化量进行描述,得到了卫星光通信系统中半导体激光器的可靠度函数。进而以高轨空间辐射条件为背景,对器件的性能退化量进行了模拟,在模拟数据的基础上利用最大似然估计法计算性能退化量的分布函数,得到了器件的可靠度曲线以及平均寿命。最后分析了减少测试时间,以较少的样本数量进行估计的可行性。     

热应力加速试验评定碲镉汞焦平面阵列像元储存寿命

高可靠性长寿命碲镉汞焦平面阵列像元性能参数慢慢变差退化失效,确定它的储存寿命要用B类试验缩短试验时间。有效加速寿命试验ALT或加速退化试验ADT的恒定热应力,应大于高温+90℃、2 160 h。定量加速试验前,应进行高加速应力筛选试验HASS迫使缺陷发展,以暴露可能存在的早期故障。根据碲镉汞红外焦平面探测器杜瓦组件高温储存试验性能退化测试数据,用统计模型对在恒定高温应力水平下获得的失效时间或退化特征性能参数进行转换,得到在+25℃额定应力水平下的储存寿命大于50年。超过3 000 h高温储存试验结果表明,残余工艺应力释放导致试验前1 500 h像元性能有向好的趋势,在高温+80℃的真空环境下烘烤20天不会造成明显的像元性能恶化。     

恒定温度应力下的模拟IC加速退化试验研究

研究了在不同恒定温度应力条件下某型号驱动器的模拟集成电路的加速退化试验.首先,确定了该型驱动器的敏感参数,并建立了敏感参数的退化模型;然后,计算得到了器件在加速应力下的伪寿命;最后,利用阿伦尼斯模型对伪寿命数据进行分析,外推得到了器件的激活能及其在正常工作应力条件下的寿命信息.     

PMOSFET's热载流子退化模拟及寿命评估的统一模型

对 PMOSFET's几种典型器件参数随应力时间的退化规律进行了深入研究 ,给出了一个新的器件退化监控量 ,并建立了不同器件参数退化的统一模型 .模拟结果和测量结果的比较表明 ,新的退化模型具有较高的准确性和较宽的适用范围 .新的退化模型不但可以用于器件参数退化量的模拟 ,也可以用于器件寿命评估     

PMOSFET's热载流子退化模拟及寿命评估的统一模型

对PMOSFET's几种典型器件参数随应力时间的退化规律进行了深入研究,给出了一个新的器件退化监控量,并建立了不同器件参数退化的统一模型.模拟结果和测量结果的比较表明,新的退化模型具有较高的准确性和较宽的适用范围.新的退化模型不但可以用于器件参数退化量的模拟,也可以用于器件寿命评估.     

深亚微米抗辐照PDSOI nMOSFET的热载流子效应

基于中国科学院微电子研究所开发的0.35 μm SOI工艺,制备了深亚微米抗辐照PDSOI H型栅nMOSFET.选取不同沟道宽度进行加速应力实验.实验结果表明,热载流子效应使最大跨导变化最大,饱和电流变化最小,阈值电压变化居中.以饱和电流退化10%为失效判据,采用衬底/漏极电流比率模型,对器件热载流子寿命进行估计,发现同等沟道长度下,沟道越宽的器件,载流子寿命越短.     

大功率半导体激光器步进加速老化研究

介绍了半导体激光器寿命测试的理论依据,给出了由电流应力决定的寿命测试的数学模型,据此对AlGaInAs/AlGaAs/GaAs 808nm大功率半导体激光器进行常温电流步进加速老化实验。由步进加速老化的理论依据及数学模型推算出了步进加速寿命实验时间折算公式,利用步进加速寿命实验时间折算公式推算出了器件在额定应力条件下工作的寿命结果;根据实验后器件的失效模式分析,与恒定应力加速老化方式下的实验结果相对比分析,确认该步进加速实验方法可以适用于半导体激光器的加速老化。     

HALO结构pMOSFETs在V_g=V_d/2应力模式下应力相关的热载流子退化

研究了超薄栅(2 .5 nm )短沟HAL O- p MOSFETs在Vg=Vd/ 2应力模式下不同应力电压时热载流子退化特性.随着应力电压的变化,器件的退化特性也发生了改变.在加速应力下寿命外推方法会导致过高地估计器件寿命.在高场应力下器件退化是由空穴注入或者电子与空穴复合引起的,随着应力电压的下降器件退化主要是由电子注入引起的.最后,给出了两种退化机制的临界电压并在实验中得到验证     

不同剂量率LC54HC04RH电路的电离辐射效应

对 L C54HC0 4 RH电路在不同辐射剂量率进行了电离辐射实验。分析了该电路的阈值电压随辐射剂量率的变化关系。实验结果表明 :在辐射剂量率处于 3× 10 -4 Gy(Si) / s到 1.98×10 -1Gy(Si) / s范围内 ,辐射感生界面陷阱电荷随辐射剂量率的减少而增加。辐射感生界面陷阱电荷是导致该电路在空间辐射环境下失效的主要原因。     

HALO结构pMOSFETs在Vg=Vd/2应力模式下应力相关的热载流子退化

研究了超薄栅(2.5nm)短沟HALO-pMOSFETs在Vg=Vd/2应力模式下不同应力电压时热载流子退化特性.随着应力电压的变化,器件的退化特性也发生了改变.在加速应力下寿命外推方法会导致过高地估计器件寿命.在高场应力下器件退化是由空穴注入或者电子与空穴复合引起的,随着应力电压的下降器件退化主要是由电子注入引起的.最后,给出了两种退化机制的临界电压并在实验中得到验证.     

超薄栅n-MOSFETs热载流子寿命预测模型

对氧化层厚度为 4和 5 nm的 n- MOSFETs进行了沟道热载流子应力加速寿命实验 ,研究了饱和漏电流在热载流子应力下的退化 .在饱和漏电流退化特性的基础上提出了电子流量模型 ,此模型适用于氧化层厚度为 4— 5 nm或更薄的器件     

超薄栅n-MOSFETs热载流子寿命预测模型

对氧化层厚度为4和5nm的n-MOSFETs进行了沟道热载流子应力加速寿命实验,研究了饱和漏电流在热载流子应力下的退化.在饱和漏电流退化特性的基础上提出了电子流量模型,此模型适用于氧化层厚度为4 5nm或更薄的器件.     

基于多元性能参数的贮存寿命方法研究

针对双极性晶体管在加速贮存过程中的性能退化情况,建立其贮存寿命的外推模型。在该模型中,用维纳过程来模拟每个特征退化量的一元退化过程,用copula函数描述特征退化量之间的相关性。模型中的维纳过程以及copula函数的参数被认为与温度相关,它们的关系可以用转换方程来表示。用极大似然估计得到维纳过程的参数,引入kendall’s tau估计出copula函数的参数,对各应力水平下的参数的估计值做回归分析得出各参数对应的转换方程。基于双极性晶体管贮存试验数据,利用给出的估计方法得到其贮存寿命。     

硅PIN光电二极管γ电离脉冲辐射的数值模拟

分析了γ电离脉冲辐射诱发硅PIN光电二极管产生光电流的机理.建立了硅PIN光电二极管的器件物理模型以及γ电离脉冲辐射效应模型;运用MEDICI软件,进行了辐射效应数值模拟计算.得出了γ电离脉冲辐射剂量率在10°～109Gy(Si)/s范围内,诱发硅PIN光电二极管光电流变化的初步规律.对比了辐射效应数值模拟结果与国外相关文献给出的辐照实验结果.

Abstract：

The mechanism of photocurrent of Si PIN photodiode induced by γ ionization pulse radiation is analyzed.The device physics and γ ionization pulse radiation models are established to simulate photocurrent of Si PIN photodiode by MEDICI software.The primary regularity of photocurrent of Si PIN photodiode is concluded by γ ionization pulse radiation with the dose rate of 10~0～10~9 Gy (Si)/s.The Simulation results are in agreement with the experimental results given in correlative literatures.     

质子辐射导致CCD热像素产生的机制研究

空间高能质子作用于电荷耦合器件(CCD)产生的热像素是空间成像系统性能退化的主要原因之一。为深入认识质子辐射导致CCD产生热像素的规律和机制,对行间转移CCD进行了不同能量(3,10,23 MeV)的质子辐射试验,研究了辐射导致CCD暗信号的退化和热像素产生的规律。试验结果表明,在较低辐射注量1E9 p/cm²下,CCD的暗信号退化很小,但热像素急剧增加。质子辐射能量越大,产生的热像素数量越多。结合粒子输运计算与理论分析表明,热像素产生原因是质子与半导体材料中的原子非弹性碰撞而形成的团簇缺陷。     

850 nm垂直腔面发射激光器的辐射效应

为了探究850 nm高速垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL）在空间辐射环境中的退化规律与机制,开展了10 MeV质子和γ-射线辐照实验,获得了光功率和阈值电流退化规律,分析了辐射导致VCSEL参数退化的物理机理,此外,还开展了236 h的电注入退火研究。研究结果表明:VCSEL对γ射线导致的总剂量效应不敏感,且在一定剂量范围内光电特性由于沉积能量促进了量子阱界面附近的晶体有序而产生了一定程度的恢复:但是在质子辐照下,VCSEL的阈值电流和外量子效率发生了不同程度的退化,计算获得阈值电流损伤因子为1.468×10?15 cm2/p。经过20 mA注入增强退火后,阈值电流恢复了20%,25 mA注入电流下,光输出功率恢复了10%。阈值电流和外量子效率的退化归因于质子辐照引入的非辐射复合中心。这些实验结果为VCSEL及包含VCSEL的数据通信与仪器的系统在恶劣空间辐射环境下的应用提供支持。     

双应力步降加速退化试验优化设计Monte-Carlo仿真

针对高可靠长寿命产品在双应力退化试验中存在的时间长、费用高、效率低的问题,提出了一种基于Monte-Carlo仿真的双应力步降加速退化试验优化设计方法。采用Monte-Carlo对加速试验进行仿真模拟,以监测频率、样本量大小、监测次数作为设计变量,以总的试验费用作为约束条件,以正常使用应力下的p阶分位寿命渐近方差估计作为目标函数,建立了基于Monte-Carlo仿真的双应力步降加速退化试验优化设计模型。通过仿真实例验证了该方法的有效性、可行性,为电子装备寿命预测的加速试验方案优化设计提供了理论支撑。     

总剂量辐射效应中的辐射源及剂量测量

介绍了电子元器件与电路总剂量辐射效应中可能遇到的各种辐射源及吸收剂量测量问题。辐射环境包括空间辐射环境、核爆炸辐射环境及总剂量徊固实验中用到的模拟辐射源,给出了一些基本的参数,为进行不同辐射源总剂量效应异同性研究及用地面模拟试验结果预估器件的工作寿命尊定基础,探讨了总剂量效应测试小的剂量学问题及各种辐射环境的剂量测量方法,尤其对热释光剂量仪进行了深入的研究。