碳化硅结势垒肖特基二极管质子辐照损伤研究

碳化硅功率器件凭借优异性能被抗辐照应用领域寄予厚望。为探究碳化硅功率器件抗中能质子辐照损伤能力,明确其辐射效应退化机制,对标低地球轨道累积十年等效质子位移损伤注量,针对高性能国产碳化硅结势垒肖特基二极管开展了10 MeV质子室温、无偏压辐照实验。测试了器件辐照前后的正向伏安特性、反向伏安特性、电容特性等电学特性,并通过深能级瞬态谱仪分析了辐照缺陷引入特点。结果显示：器件辐照后正向电性能稳定,较低反向安全电压下漏电流减小,注量增加后击穿电压严重退化;分析认为质子辐照导致势垒高度增加、辐照缺陷增加、载流子浓度降低。碳化硅肖特基功率器件的辐射损伤过程及机理研究,为其中能质子环境应用的评估验证提供了数据支撑。     

32 质子致生物辐射效应初步实验研究

在长期载人航天中，空间辐射对人体是一种严重的威胁。宇宙辐射源（天然空间电离辐射源）主要是银河宇宙射线和随机发生的太阳粒子辐射（质子事件）。银河宇宙射线的主要成分是约占84．3％的质子，约占14．4％的α粒子及约占1.3％的重离子。质子具有高传能线密度（LET），与低LET（如电子、X射线和γ射线）辐射相比，具有较高的相对生物学效应（RBE），能诱发DNA分子中出现更多的双链断裂，从而更有效的杀伤细胞、更易诱发突变或改变细胞的生长特性。     

MOS结构的质子辐照效应

利用微分电容法和禁带中央电压漂移技术,研究了铝栅MOS结构质子辐照诱发的新生界面陷阱和氧化层陷阱结构。结果表明,质子辐照所诱发的新生界面陷阱和氧化层陷阱随质子能量和剂量的增加而增加。用H~+二级过程模型和计算机模拟定性解释了实验结果。     

砷化镓体效应二极管中子辐照效应

本文研究了C、X和KQ等波段体效应二极管的中子辐照损伤效应。实验观察到中子辐照环境中体效应二极管低场电阻变大,工作电流和射频输出下降,VI特性变化,甚至使负阻特性消失。实验认为,器件性能退化是由中子辐照砷化镓材料的载流子去除效应引起的。     

碳化硅二极管在高压电源的应用研究

依据脉冲调制器高压电源的需要,研制基于平面绝缘芯变压器结构的高压充电电源。高压充电电源输出结构由多组输出线圈串联,所以电源输出整流二极管数量多,而二极管的功率损耗对电源密封输出结构的温升有直接的影响,所以分别对普通二极管、快恢复二极管和碳化硅肖特基二极管的工作特性进行仿真分析,分析了二极管的关断电流斜率和反向恢复峰值电流的关系,比较了三种二极管在电路中的功率损耗,并依此确定了应用于高压低电流电源上选择二极管的原则。选择C4D05120E(1200V9A)作为高压电源的整流二极管,设计了高压整流电路,并在实验中验证了二极管功率损耗,整体的功率损耗符合二极管功率特性的分析。     

柔性倒置赝型三结太阳电池高能质子辐射效应研究

为考察柔性薄膜GaInP/GaAs/InGaAs倒赝型三结（IMM3J）太阳电池的抗辐照性能,本文对其进行了1、3、5 MeV高能质子辐照。SRIM模拟结果表明,1、3、5 MeV质子辐照在IMM3J电池中造成均匀的位移损伤。光特性(LIV)结果表明,开路电压(Voc)、短路电流(Isc)和最大输出功率(Pmax)与质子注量呈对数退化规律。通过非电离能量损失（NIEL）将不同能量质子的注量转化为位移损伤剂量（DDD）,结果显示,Voc和Pmax与DDD呈对数退化规律,而Isc遵循两种不同的退化规律。光谱响应测试证明,GaInP子电池具有优异的抗辐照性能,3个子电池中InGaAs(10 eV)子电池的抗辐照性能最差。     

质子辐射环境下PNP输入双极运算放大器辐照效应与退火特性

对不同偏置下的PNP输入双极运算放大器在3、10 MeV两种质子能量下的辐照效应进行了研究,并将质子辐射损伤效应与0.5Gy(Si)/s剂量率60 Coγ射线辐射损伤效应进行了比较,以探究质子和γ射线产生的辐射损伤之间的对应关系。结果表明,运放LM837对γ射线的敏感程度较10 MeV质子和3 MeV质子的小,然而其室温退火后的后损伤效应却更严重;相同等效总剂量条件下,10 MeV质子造成的损伤较3 MeV质子的高;质子辐射中器件的偏置条件对损伤影响不大。     

基于PIN光电二极管的个人辐射探测器研制

为使公众能自行探测所处环境的辐射水平,本文利用PIN光电二极管直接测量X/γ射线的原理研制了便携式环境辐射探测系统,该系统采用智能终端控制探测设备。其中,探测模块中设计了弱信号放大电路,控制和通信模块的设计基于无线微控制器。该环境辐射探测器具有低成本、低功耗、体积小、易使用、易组网等特点。经国防科技工业电离辐射一级计量站检定,探测器各项指标均符合国家剂量仪鉴定规程JJG 521-2006的要求。     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池100MeV质子位移辐照损伤效应实验研究

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池是当前航天器空间电源系统的核心元器件,其在空间辐射环境中遭受的辐照损伤会导致太阳电池性能参数衰降,甚至导致航天器供电系统功能失效。为获取GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池高能质子辐照损伤退化规律,以国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,通过开展100 MeV质子不同注量下的辐照实验,分析质子位移损伤诱发GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压(V_oc)、短路电流(I_sc)、最大输出功率(P_m)、光电转换效率(E_ff)等辐射敏感参数的退化规律和损伤机理。结果表明：注量范围为1×10¹¹～2×10¹² cm^-2时,V_oc、I_sc、P_m、E_ff的退化程度随辐照注量的增加而增大,当注量为2×10¹² cm^-2时,P_m和E     

碳化硅与硅探测器辐射探测性能比较

碳化硅(SiC)材料因其禁带宽度大、晶体原子离位能高等物理特性,而被视为制作耐高温和抗辐射器件极具潜力的宽带隙半导体材料。本文采用Geant4模拟得到了30μm厚的SiC和Si材料对不同能量的电子、质子、α粒子以及X射线的响应,并对SiC和Si探测器器件的I-V特性和能谱测量结果进行了比较。仿真及试验结果证明,SiC粒子阻挡本领及X射线探测效率与Si探测器相当,SiC与Si探测器对带电粒子的能谱分辨率也没有明显差别。     

电荷耦合器件质子辐照效应研究

利用2×6 MV串列静电加速器提供的1~10 MeV质子,开展了线阵电荷耦合器件辐射损伤效应的模拟试验和测量,研制了加速器质子扩束扫描装置及电荷耦合器件辐射敏感参数测量系统,建立了电荷耦合器件质子辐射效应的模拟试验方法,分析了质子注量、质子能量、器件偏置等对器件电荷转移效率和暗电流的影响。模拟试验结果表明,电荷转移效率随辐照质子注量的增加而下降,暗电流随辐照质子注量的增加而增大,在1~10 MeV质子能量范围内,质子能量越低,电荷转移效率的降低与暗电流的增加越显著。     

碳化硅VDMOS的静态和动态辐射损伤及其比较

对总剂量辐射环境下不同偏置状态的碳化硅功率场效应管（SiC VDMOS）的动态特性进行了相关研究。在比较3种偏置状态下60Co γ射线辐照对于SiC VDMOS器件阈值电压和开关特性影响的基础上,进行了室温退火试验。结果表明,随60Co γ射线辐照剂量的增加,氧化层积累陷阱电荷,导致静态特性中阈值电压降低。同时器件动态特性中开启时间略微缩短,关断时间骤增,开关损耗增大。器件受辐照后耗尽层厚度和阈值电压发生的变化是其开启和关断响应差异性退化的主要原因。     

中子辐照对隧道二极管性能的影响

本文介绍了中子辐照环境中,隧道二极管性能的退化,即谷电流增加,峰谷比下降、摆幅电压减少。用二次隧道效应理论解释了这种退化过程。     

硅材料和二极管的单粒子位移损伤的多尺度模拟研究

基于二体碰撞近似理论（BCA）,应用分子动力学（MD）和动力学蒙特卡罗（KMC）方法相结合的多尺度模拟方法,研究了单粒子位移损伤（SPDD）缺陷及电流的演化过程。研究结果表明,SPDD事件中引起的缺陷在106 s内分为3个阶段：阶段Ⅰ(1×10-11 s≤t<2×10-3 s)以点缺陷成团为主;阶段Ⅱ(2×10-3 s ≤t<2×102 s)中以缺陷团内部的间隙原子和空位复合反应为主;阶段Ⅲ(t≥2×102 s)中以小缺陷团发射间隙原子和空位为主。提出一种计算粒子在硅二极管中引起的SPDD电流的方法,推导了多种缺陷存在时引起的二极管反向电流增加的计算公式。基于KMC模拟的位移损伤缺陷演化结果,计算了光电二极管的SPDD电流密度及归一化退火因子。结果表明,KMC模拟计算的退火因子与文献实验测量结果相一致,建立的多尺度模拟方法可预估硅器件的SPDD电流。     

基于CFBR-Ⅱ堆中子辐射场的硅整流二极管辐照效应试验研究

以中国第Ⅱ号快中子脉冲反应堆(CFBR-Ⅱ)为试验平台,采用高功率稳定和多注量点拟合的试验方法测定了典型硅整流二极管的中子辐照实验损伤常数,验证了硅整流二极管的中子辐射损伤规律。试验结果表明:以正向压降为观测效应参数的硅整流二极管对于CFBR-Ⅱ堆泄漏中子能谱的试验损伤常数在3~4×10-15 V.cm2范围,硅整流二极管正向压降随中子注量的变化近似遵从指数增长规律。     

Recombination Effect as Component of Residual Defect in Silicon Surface Barrier Detector

The thermal conductivity of graphite components used as in-core components in high-temperature gascooled reactors (HTGRs) is reduced by neutron irradiation during reactor operation. The reduction in thermal conductivity is expected to be reversed by thermal annealing when the irradiated graphite component is heated above its original irradiation temperature. In this study, to develop an evaluation model for the thermal annealing effect on the thermal conductivity of IG-110 graphite for the HTGRs, the thermal annealing effect evaluated quantitatively at irradiation temperatures of up to 1,200°C and neutron fluences of up to 1.5 dpa. Moreover, the thermal conductivity of IG-110 graphite was calculated by using a modified thermal resistance model considering the thermal annealing effect. The following results were obtained. (1) The thermal annealing effect on the thermal conductivity of IG-110 graphite could be evaluated quantitatively and a thermal annealing model was developed based on the experimental results at irradiation temperatures of up to 1,200°C and neutron fluences of up to 1.5 dpa. (2) The thermal conductivities of IG-110 graphite calculated by using the modified thermal resistance model considering the thermal annealing effect showed good agreement with experimental measurements. This study has shown that it is possible to evaluate the annealed thermal conductivity of IG-110 graphite by using the modified thermal resistance model at irradiation temperatures of 550–1150°C and irradiation fluences of up to 1.5 dpa.     

Effect of metal electrode on characteristics of gamma-irradiated silicon carbide detector

Silicon carbide (SiC) is a highly promising semiconductor neutron-detector material for harsh environments such as nuclear reactor cores and spent-fuel storage pools. In the present study, three 4H–SiC p–i–n diode detectors were fabricated as variations of those metal-electrode structures. The I–V characteristics and alpha-particle responses of the detectors were measured before and after gamma-ray exposure. The detector with a Ti/Au electrode showed the lowest change of leakage current after irradiation; none of the detectors showed any change in the charge-collection efficiency when a sufficient electric field was applied after gamma irradiation of up to 8.1 MGy.