质子辐射环境下NPN输入运算放大器在不同偏置状态下的辐射效应

对NPN输入运算放大器LM741在不同偏置状态下进行了Co-60 γ射线辐照和3MeV与10MeV质子射线辐照以研究NPN输入运算放大器的质子辐照效应。通过比较Co-60 γ射线辐照和3MeV与10MeV质子射线辐照的实验结果可以发现,3MeV与10MeV质子射线辐照在LM741中主要产生电离损伤。在不同的偏置状态下,器件的损伤敏感程度不同,零偏置器件的输入偏置电流的退化明显高于正向偏置器件。对于相同吸收剂量的质子,质子通量的差别对器件的辐射效应影响很小。电源电流是另一个对质子辐照敏感的参数,Co-60 γ射线辐照和3MeV与10MeV质子射线辐照会对电源电流产生不同程度的影响,这是因为Co-60 γ射线辐照和3MeV与10MeV质子射线辐照引起的电离能量沉积和位移能量沉积不同     

电荷耦合器件辐射效应理论分析与模拟试验方法研究

分析了CCD电离效应和位移损伤机理,建立了一种国产埋沟CCD器件物理模型,实现了CCD信号电荷动态转移过程的数值模拟,计算了1MeV、14MeV中子引起的CCD电荷转移效率的变化规律.建立了线阵CCD辐照效应离线测量系统,实现了CCD辐射敏感参数测试.利用Co-60γ源和反应堆脉冲中子,开展了商用器件总剂量和中子位移损伤效应模拟试验,在不同辐照条件下,给出了暗电流信号、饱和电压信号、电荷转移效率以及像元不均匀性的变化情况.     

深亚微米N沟道MOS晶体管的总剂量效应

为了研究深亚微米工艺CCD的辐射效应特性,了解因器件特征尺寸变小引入的新效应,对0.18 μm商用工艺线上流片的不同沟道宽长比的N型沟道MOSFET器件进行了⁶⁰Co-γ射线辐照实验,这些NMOSFET与CCD内的MOSFET结构相同。分析了辐照后由于总剂量效应导致的NMOSFET参数退化情况以及参数的常温和高温退火行为。实验结果表明,深亚微米工艺器件的辐射耐受性相比大尺寸器件明显增强,不同沟道宽长比的器件表现出的总剂量效应差异显示了器件具有明显的窄沟效应,界面陷阱电荷在新型器件的总剂量效应中起主导作用。研究结果为大面阵CCD的辐射效应研究和辐射加固设计提供了理论支持。     

22 nm体硅nFinFET总剂量辐射效应研究

通过^(60)Coγ射线辐照试验,研究了22 nm工艺体硅nFinFET的总剂量辐射效应,获得了总剂量辐射损伤随辐照偏置和器件结构的变化规律及损伤机理。研究结果表明,经过开态(ON)偏置辐照后器件阈值电压正向漂移,而传输态(TG)和关态(OFF)偏置辐照后器件阈值电压负向漂移;鳍数较少的器件阈值电压退化程度较大。通过分析陷阱电荷作用过程,揭示了产生上述试验现象的原因。     

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。     

DSOI总剂量效应模型及背偏调控模型

总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。由于背栅端口的存在,SOI器件存在新的总剂量效应加固途径,对于全耗尽SOI器件,利用正背栅耦合效应,可通过施加背栅偏置电压补偿辐照导致的器件参数退化。本文研究了总剂量辐照对双埋氧层绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)总剂量损伤规律及背栅偏置调控规律,分析了辐射导致晶体管电参数退化机理,建立了DSOI晶体管总剂量效应模拟电路仿真器(SPICE)模型。模型仿真晶体管阈值电压与实测结果≤6 mV,同时根据总剂量效应模型给出了相应的背栅偏置补偿模型,通过晶体管背偏调控总剂量效应SPICE模型仿真输出的补偿电压与试验测试结果对比,N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的背偏调控模型误差为9.65%, P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)为5.24%,该模型可以准确反映DSOI器件辐照前后阈值特性变化,为器件的背栅加固提供参考依据。     

半导体激光器辐照损伤效应实验研究进展

半导体激光器(LD)工作在空间辐射或核辐射环境中时,会受到辐照损伤的影响而导致器件性能退化。文章回顾了不同时期研制的LD(从早期的GaAs LD到量子阱LD和量子点LD)在辐照效应实验方面的研究进展,梳理了国际上开展不同辐射粒子或射线(质子、中子、电子、伽马射线)诱发LD辐射敏感参数退化的实验规律,分析总结了当前LD辐照效应实验方法研究中亟待解决的关键技术问题,为今后深入开展LD的辐照效应实验方法、退化规律、损伤机理及抗辐射加固技术研究提供理论指导和实验技术支持。     

典型电子器件中子和总剂量辐照协同损伤研究

研究了几种典型电源类电子器件的中子和总剂量辐射效应,包括单总剂量效应、单中子辐射效应、总剂量和中子分时序贯辐照效应以及中子和总剂量同时辐照效应,分析了不同辐照条件下电子器件的失效中子注量(总剂量)阈值。试验结果显示,分时序贯、同时辐照试验给出的电子器件辐照失效阈值低,而单项辐射效应试验给出的失效阈值偏高。对于该类双极工艺器件存在协同增强损伤的机理进行了分析,其主要原因在于同时辐照时,电离损伤在晶体管氧化层产生氧化物正电荷,使基区表面势增加,与此同时界面态数量增多,减少Si体内次表面载流子浓度的差异,从而使电流增益的退化加剧,增强晶体管的中子位移损伤。按照同时辐照进行试验考核,更能真实评估器件的综合抗辐射性能,研究结果对于器件抗辐射性能评估具有重要意义。     

电荷耦合器件电离辐射损伤的模拟试验研究

利用钴-60源,在不同工作与辐照条件下,开展电荷耦合器件电离辐射损伤模拟试验,分析高低剂量率、器件偏置对器件暗电流信号增大和哑元电压漂移的影响,比较电荷耦合器件光敏单元、输出放大器总剂量效应的敏感性,研究辐射敏感参数与失效模式的差异.为建立电荷耦合器件电离辐射效应规范化的模拟试验与加固评估方法,提供技术基础.     

抗辐射电子学研究综述

抗辐射电子学是一门交叉性、综合性的学科,其研究的辐射效应规律、损伤作用机制、加固设计方法、试验测试方法、建模仿真方法等对极端恶劣环境中的电子系统的可靠工作至关重要。对核爆炸中子、γ和X射线,空间和大气高能粒子产生的各种损伤效应(如瞬时剂量率效应、总剂量效应、单粒子效应、位移效应等)的研究现状进行了系统梳理。对辐射之间、辐射和环境应力之间的协同损伤效应(如长期原子迁移对瞬时剂量率感生光电流的影响,中子和γ射线同时辐照与序贯辐照、单因素辐照的损伤差异,质子和X射线、中子辐照的损伤差异,γ射线辐照与环境氢气的协同损伤效应等)的研究进展进行了详细介绍。阐述了国内外在核爆、空间和大气辐射加固研究方面的最新技术进展。总结了国内外在地面实验室对空间、大气或核爆辐射各种效应进行试验模拟和建模仿真的相关能力。最后对21世纪20年代以后抗辐射电子学研究领域潜在的挑战和关键技术进行了展望。     

MOS器件在不同源辐照下总剂量效应的异同性研究

介绍了加固型CMOS电路在^60Co—γ射线源、10MeV以下的质子、1～2MeV的电子等辐射源辐照下的总剂量效应实验。结果表明，在相同吸收剂量和 5V栅压的偏置条件下，1MeV的电子与^60Co—γ射线源对器件的损伤相当。质子与^60Co-γ射线源对器件的辐射损伤，在不同的栅压偏置下有不同的结果。 5V栅压下，能量在10MeV以下的质子对器件的损伤小于^60Co-γ射线源，且质子对器件的辐射损伤随着质子能量的增加而增加；在零栅压的偏置条件下，质子对器件的损伤与^60Co-γ射线源对器件的损伤相当。通过对实验结果的分析认为，用实验室常用的^60Co-γ射线源可以模拟MOS器件在质子、电子辐射环境下的最劣总剂量效应。     

CCD辐射损伤效应及加固技术研究进展

综述了电荷耦合器件(CCD)在空间环境和核辐射领域中的辐射效应研究进展;阐述了不同粒子辐照CCD的损伤效应机理及暗电流、平带电压和电荷转移效率等敏感参数的退化机制;从制造工艺、器件结构、工作模式等方面介绍了CCD抗辐射加固技术;分析了CCD辐射效应研究的发展趋势。     

TCD132D线阵CCD总剂量效应的实验分析

研究了60Coγ辐照TCD132D线阵CCD的总剂量效应实验结果;分析了CCD受总剂量效应影响后暗信号和饱和输出电压的典型波形;得出了CCD分别在不加偏置电压、加偏置电压加驱动信号和加偏置电压不加驱动信号三种工作状态下,受60Coγ辐照后暗信号电压和饱和输出电压随总剂量累积的变化规律,并进行了损伤机理分析。     

CMOS有源像素图像传感器的辐照损伤效应

互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素(APS)图像传感器作为光电成像系统的核心器件,被广泛应用在空间辐射或核辐射环境中,辐照损伤是导致其性能退化,甚至功能失效的主要原因之一。阐述了不同辐射粒子或射线辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器产生位移效应、总剂量效应和单粒子效应的损伤物理机制。综述和分析了辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器暗信号增大、量子效率减小、饱和输出电压减小、噪声增大以及暗信号尖峰和随机电码信号(RTS)产生的实验规律和损伤机理。归纳并提出了CMOS APS图像传感器辐照损伤效应研究亟待解决的问题。     

γ辐照导致中波碲镉汞光伏器件暗电流退化的机理研究

针对红外探测器在空间应用中受到高能粒子辐照后暗电流退化的问题,开展射线对中波碲镉汞（HgCdTe）光伏器件暗电流影响的研究。在室温和77 K温度下,利用60Co-射线对HgCdTe器件进行辐照试验,辐照试验结束后对低温辐照器件进行77 K低温退火和室温退火。通过比较辐照前后和退火后器件的I-V特性、R-V特性和零偏动态电阻R0参数,分析了辐照对HgCdTe器件暗电流的影响机制。试验结果表明:在总剂量为7 Mrad（Si）照条件下,器件暗电流未出现明显的退化;在77 K温度辐照条件下,器件暗电流随着总剂量的增加而增加,且暗电流退化幅度与辐照过程中的偏置有关。研究表明暗电流的退化源于辐照在器件中造成电离损伤,导致器件HgCdTe化层中的界面态和空穴陷阱电荷密度增加。     

1.3μm超辐射发光二极管的辐照性能研究

研究了1.3μm超辐射发光二极管（SLD）在γ辐照、质子辐照条件下性能参数的退化情况,并利用Srim软件计算了器件的非电离能损,引入位移损伤剂量的概念,给出了器件功率衰减与位移损伤剂量的函数关系,对SLD器件在质子辐射条件下的功率衰退做出定量预测。     

60Co γ射线对增强型GaN HEMT直流特性的影响

利用⁶⁰Co γ射线对P型栅增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)开展零偏置状态下总剂量辐射试验及常温退火试验,测试GaN HEMT直流特性参数对总剂量效应(TID)的响应规律。试验结果表明,γ射线辐照后器件阈值电压、跨导峰值和饱和漏极电流发生不同程度的退化,而栅泄露电流和导通电阻变化甚微。在剂量为0.6 Mrad (Si)的条件下,经过120 h的退火试验,器件阈值电压未发生明显的恢复,跨导峰值反而有轻微退化的趋势。从试验数据可知,器件直流特性退化主要是由于辐照引起二维电子气(2DEG)浓度下降,载流子迁移率降低,感生界面态陷阱导致。研究结果对GaN HEMT器件宇航应用可靠性的评估给予了有益参考。     

电离总剂量效应对HfO2栅介质经时击穿特性影响

针对纳米金属-氧化物-半导体(MOS)器件中采用的高介电常数Hf栅介质,开展电离总剂量效应对栅介质经时击穿特性影响的研究。以HfO₂栅介质MOS电容为研究对象,进行不同栅极偏置条件下⁶⁰Co-γ射线的电离总剂量辐照试验,对比辐照前后MOS电容的电流-电压、电容-电压以及经时击穿特性的测试结果。结果显示,不同的辐照偏置条件下,MOS电容的损伤特性不同。正偏辐照下,低栅压下的栅电流显著增大,电容电压特性的斜率降低;零偏辐照下,正向高栅压时栅电流和电容均显著增大;负偏辐照下,栅电流均有增大,正向高栅压下电容增大,且电容斜率降低。3种偏置下,电容的经时击穿电压均显著减小。该研究为纳米MOS器件在辐射环境下的长期可靠性研究提供了参考。     

电子辐照深亚微米MOS晶体管的总剂量效应

为了研究电子辐照导致CCD参数退化的损伤机理,以及CCD内不同沟道宽长比的NMOSFET的辐射效应,将与CCD同时流片的两种不同沟道宽长比的深亚微米NMOSFET进行电子辐照实验。分析了电子辐照导致NMOSFET阈值电压和饱和电流退化的情况,以及器件的辐射损伤敏感性。实验结果表明,电子辐照导致两种NMOSFET器件的参数退化情况以及辐射损伤敏感性类似。导致器件参数退化的主要原因是界面陷阱电荷,同时氧化物陷阱电荷表现出了一定的竞争关系。实验结果为研究CCD电子辐照导致的辐射效应提供了基础数据支持。     

中规模CMOS电路的电离辐射效应

本文报道了国产中规模体硅CMOS电路在~(60)Coγ射线和1.5MeV电子辐照下的总剂量效应的研究结果。试验表明,器件的软失效(参数退化达到某一损伤阈值)通常在400Gy(Si),而逻辑功能的失效则发生在1000Gy(Si)以后。同时,器件的软失效与辐照偏置条件没有明显的依赖关系,但软失效的参数却依赖于偏置条件及各厂家MOS工艺的差异。