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OP604光敏管质子位移损伤效应研究

微电子学 2023年第3期53卷 525-530页

作者：万凯高洁牛睿南京大学产业技术研究苏州总院江苏苏州215000 南京大学金陵学院南京210094 上海航天电子技术研究所上海201109 上海航天控制技术研究所上海201109

光敏晶体管是空间飞行器光电编码器中的重要组成部分,对空间高能质子引起的位移损伤效应较为敏感。文章通过试验获得了光敏管的核心参数输出电流与质子能量、位移损伤剂量、工作状态、屏蔽材料的关系。在50、60、70、92 MeV四种能量的... 详细信息

光敏晶体管是空间飞行器光电编码器中的重要组成部分,对空间高能质子引起的位移损伤效应较为敏感。文章通过试验获得了光敏管的核心参数输出电流与质子能量、位移损伤剂量、工作状态、屏蔽材料的关系。在50、60、70、92 MeV四种能量的质子辐照下,器件输出电流及光电转换效率最大下降80%。晶体管内部光敏二极管初始光电流的下降和晶体管电流增益的下降共同作用造成了输出电流随位移损伤剂量的增加不断衰减。不锈钢和三明治屏蔽结构对60 MeV能量质子几乎没有遮挡效果。通过提高输入光照强度,增大初始光电流,可以降低位移损伤效应的影响。另外,采用PIN型光电二极管,增大耗尽区面积,也是可行的加固方法之一。

关键词：光敏晶体管高能质子位移损伤效应非电离能损

多尺度模拟方法在材料位移损伤效应研究中的应用

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现代应用物理 2018年第2期9卷 60-64页

作者：贺朝会唐杜李奎西安交通大学核科学与技术学院西安710049

介绍了材料位移损伤效应研究中的多尺度数值模拟方法,包括第一性原理、分子动力学和动力学蒙特卡罗方法,举例说明了3种方法的作用和模拟结果,指出了半导体材料位移损伤多尺度模拟研究中待研究的问题,为半导体材料的辐射效应研究提供参考。

关键词：位移损伤效应第一性原理分子动力学动力学蒙特卡罗数值模拟

SiC MOSFET器件单粒子和位移损伤协合效应研究

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SiC MOSFET器件单粒子和位移损伤协合效应研究

作者：李林欢扬州大学

学位级别：硕士

近些年来,第三代宽禁带半导体材料凭借其优异的耐高压、高频率、高功率密度等材料特性,在半导体功率器件技术领域得到了广泛的应用,SiC MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)是其中具有代表性的器件之一... 详细信息

近些年来,第三代宽禁带半导体材料凭借其优异的耐高压、高频率、高功率密度等材料特性,在半导体功率器件技术领域得到了广泛的应用,SiC MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)是其中具有代表性的器件之一。面对航天、核工业领域的飞速发展,SiC MOSFET在高电压、大功率的应用中会越来越广泛,而器件处于空间辐射环境下,会对器件造成辐射损伤甚至失效,导致器件功能出现故障。基于上述背景,本论文开展了 SiC MOSFET器件单粒子和位移损伤协合效应研究,对SiC MOSFET进行重离子辐照和中子辐照的地面模拟试验,同时结合TCAD(Technology Computer Aided Design,TCAD)仿真开展器件的单粒子效应、位移损伤效应以及单粒子和位移损伤协合效应研究,分析器件在辐照时内部状态的变化,从微观电学参数方面系统地讨论了器件发生辐射效应的机理及规律,论文的主要研究内容和工作总结如下:(1)开展SiC MOSFET器件的重离子单粒子试验与模拟仿真研究。辐照试验结果表明,选用的 SiC MOSFET 在 LET(Linear Energy Transfer,LET)为 75 ***2/mg 的离子辐照下,两种偏置的VGS以及VDS在300 V以内时,器件只产生瞬态现象;当VGS=0 V、VDS=400 V 时,器件会出现 SEB(Single Event Burnout,SEB);当 VGs=-5 V、VDs=500 V时,器件会出现SEB。TCAD模拟结果表明,SiC MOSFET器件发生SEB的原因是内部的横向空穴流漂移产生电压差,导致寄生晶体管开启,寄生晶体管的正反馈使得发射区(N-漂移区)电流密度倍增,最终器件发生SEB,同时寄生晶体管的正反馈引起P+源区/N-漂移区界面处的电场强度(3.2 MV/cm)大于SiC材料的临界击穿场强(3 MV/cm)。同时,对器件的SEB规律进行探究,发现仿真在温度为225～300 K,入射位置靠近P+源区或者栅极下方,入射粒子LET值越高,会使得器件更容易发生SEB,而VGS对SEB阈值电压影响不大。(2)开展SiC MOSFET器件的中子位移损伤效应试验和模拟仿真研究。辐照试验结果表明,器件在中子注量为1 × 1014 n/cm-2的辐照下,通过对比中子辐照前后的电学特性,发现器件的饱和漏电流下降,亚阈值电流升高。TCAD模拟结果表明,器件在中子辐照后,阈值电压保持不变,主要是因为中子在沟道中产生的电子-空穴对的数量较少,并且具有很高的复合率,器件饱和漏电流降低,原因是辐照导致载流子被器件位移缺陷所捕获,使得器件载流子浓度、迁移率以及寿命的降低,亚阈值的升高则是由于陷阱电荷导致器件提前形成弱反型层状态,而栅性能退化是因为F-N隧穿以及缺陷辅助隧穿。(3)开展SiC MOSFET器件单粒子和位移损伤协合效应模拟仿真研究。利用TCAD构建协合效应模型,发现由于位移损伤缺陷产生的陷阱中心捕获因重离子入射所产生的电子-空穴对,导致器件产生的单粒子瞬态电流下降。同时,模拟了不同缺陷浓度下的SEB阈值电压,SiCMOSFET器件在LET=75 MeV·cm2/mg、VGS=0V下,在器件电学性能因位移损伤缺陷退化的情况下,器件抗单粒子能力提高了,将器件原本发生SEB的阈值电压从510V提高到了 630V。最后,对协合效应的规律进行了探究,模拟发现协合效应对电压偏置不敏感,而更高的入射粒子LET值则会增加协合效应的敏感性。

关键词： SiC MOSFET 单粒子效应位移损伤效应 TCAD 协合效应

辐射导致CMOS图像传感器暗电流随机电报信号

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原子能科学技术 2021年第12期55卷 2143-2150页

作者：刘炳凯李豫东文林周东郭旗中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院新疆理化技术研究所新疆乌鲁木齐830011 新疆电子信息材料与器件重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049

针对空间和核工业应用中辐射引起CMOS图像传感器产生暗电流随机电报信号(DC-RTS)问题,对0.18μm CMOS图像传感器进行不同能量质子、γ射线的辐照试验,辐照后对DC-RTS特征参数进行分析。试验结果表明:由于位移损伤和电离总剂量效应产生的... 详细信息

针对空间和核工业应用中辐射引起CMOS图像传感器产生暗电流随机电报信号(DC-RTS)问题,对0.18μm CMOS图像传感器进行不同能量质子、γ射线的辐照试验,辐照后对DC-RTS特征参数进行分析。试验结果表明:由于位移损伤和电离总剂量效应产生的RTS缺陷不同,两种DC-RTS在台阶、最大跳变幅度、平均时间等参数存在差异。相比于位移损伤产生的DC-RTS,电离总剂量产生的DC-RTS具有跳变幅度小、平均时间长的波动特点,导致此类DC-RTS难以检测分析。像素积分期间传输栅电压会对电离总剂量诱发的DC-RTS产生影响。上述工作为深入认识CMOS图像传感器DC-RTS现象、探索相关抑制技术提供重要参考。

关键词： CMOS图像传感器位移损伤效应电离总剂量效应暗电流随机电报信号

975 nm量子阱激光二极管的质子位移损伤

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光学学报 2023年第11期43卷 257-264页

作者：刘翠翠井红旗林楠郭刚马骁宇中国原子能科学研究院国家原子能机构抗辐照应用技术创新中心北京102413 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程中心北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

针对典型卫星轨道辐射环境下激光二极管(LD)的可靠性评估问题,对自研的975 nm GaAs基量子阱(QW)LD开展了10 MeV质子、3×10^(8)~3×10^(11)cm^(-2)注量的地面模拟辐照实验。结合蒙特卡罗软件仿真模拟和数学分析方法,全面研究了器件位移... 详细信息

针对典型卫星轨道辐射环境下激光二极管(LD)的可靠性评估问题,对自研的975 nm GaAs基量子阱(QW)LD开展了10 MeV质子、3×10^(8)~3×10^(11)cm^(-2)注量的地面模拟辐照实验。结合蒙特卡罗软件仿真模拟和数学分析方法,全面研究了器件位移损伤退化规律,以及不同注量、不同辐照缺陷对器件功率特性、电压特性和波长特性等关键参数的影响。结果显示,质子辐照会引入非辐射复合中心等缺陷并破坏界面结构,导致载流子浓度降低、光电限制能力下降,宏观上体现为器件阈值电流增加、输出功率下降、波长红移和单色性受损。同时,3×10^(10)cm^(-2)以上注量的10 MeV质子等效位移损伤剂量辐照会对975 nm QW LD性能产生较大影响。

关键词：量子光学量子阱激光二极管质子位移损伤效应性能评估

基于泊松过程的半导体激光器空间辐射效应研究

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中国激光 2014年第10期41卷 9-14页

作者：刘韵赵尚弘杨生胜李勇军强若馨空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077 兰州空间技术物理研究所甘肃兰州730000

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... 详细信息

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。

关键词：激光器性能退化模型泊松过程空间辐射环境位移损伤效应退火效应

850 nm垂直腔面发射激光器的辐射效应和仿真

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核技术 2022年第11期45卷 31-36页

作者：陈加伟李豫东玛丽娅·黑尼郭旗刘希言中国科学院新疆理化技术研究所特殊环境功能材料与器件重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

为了探究850 nm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理,开展了3 MeV和10 MeV质子辐照实验,获得了光输出功率和阈值电流等参数随质子注量的退化规律,同时发现光输出功率和... 详细信息

为了探究850 nm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理,开展了3 MeV和10 MeV质子辐照实验,获得了光输出功率和阈值电流等参数随质子注量的退化规律,同时发现光输出功率和阈值电流在相同位移损伤剂量(Displacement Damage Dose,DDD)下的退化程度基本一致。在实验的基础上使用Silvaco软件进行建模与仿真计算,结果与实验结果具有较高一致性,在仿真模型中提取了陷阱密度、施主与受主电离密度、镜面损失、辐射复合速率和光子数等微观参数,在实验规律基础上深入探究了参数退化规律与辐射损伤机制。仿真结果发现这些微观参数随质子注量增加均有不同程度的变化。该结果对于进一步深入理解VCSEL退化机制具有重要意义的参考价值。

关键词：垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser VCSEL) 辐射效应位移损伤效应 Silvaco

中子辐照诱导CCD电荷转移效率降低的数值模拟与分析

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半导体光电 2005年第B3期26卷 49-52页

作者：王祖军唐本奇张勇肖志刚黄绍艳西北核技术研究所，陕西西安710024

运用半导体器件二维数值模拟软件MEDICI，分别对能量为1MeV和14MeV的中子，在注量范围为3×10^14～5×10^14cm^-2辐照下，对CCD器件电荷转移效率的变化规律进行数值模拟研究。建立了MEDICI软件模拟CCD电荷转移效率变化的器件物理模型、... 详细信息

运用半导体器件二维数值模拟软件MEDICI，分别对能量为1MeV和14MeV的中子，在注量范围为3×10^14～5×10^14cm^-2辐照下，对CCD器件电荷转移效率的变化规律进行数值模拟研究。建立了MEDICI软件模拟CCD电荷转移效率变化的器件物理模型、中子辐照模型，并对模拟结果进行了机理分析，得出中子辐照诱导CCD器件电荷转移效率降低的初步规律。

关键词： CCD 中子辐照电荷转移效率位移损伤效应 MEDICI数值模拟

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辐射敏感器件辐射设计裕量指标的计算

核电子学与探测技术 2015年第10期35卷 1048-1050,1056页

作者：刘燕芳中核控制系统工程有限公司北京100176

为了降低辐射对操作设备所产生的危害,在寿命周期内满足规定的连续性和可用性等可靠性指标要求。综合考虑设备所处位置的辐射特性,建立了总剂量效应敏感器件和位移损伤效应敏感器件RDM的一种计算方法。建设性地提出了辐射敏感器件施加不... 详细信息

为了降低辐射对操作设备所产生的危害,在寿命周期内满足规定的连续性和可用性等可靠性指标要求。综合考虑设备所处位置的辐射特性,建立了总剂量效应敏感器件和位移损伤效应敏感器件RDM的一种计算方法。建设性地提出了辐射敏感器件施加不同RDM值所对应的风险等级,为在辐射环境下操作设备的设计工作寿命提供了保证。

关键词：辐射敏感器件辐射设计裕量风险控制总剂量效应位移损伤效应风险等级