面向空间应用的GaN功率器件及其辐射效应

研究氮化镓(GaN)功率器件及其辐射效应对于解决空间应用需求、促进新一代航天器建设具有重大意义。介绍了GaN功率器件的主要结构及工作原理,综述了近年来国内外在GaN功率器件的总剂量效应和单粒子效应两方面的研究进展,并对辐射效应在GaN功率器件中造成的退化和损伤机制进行分析与讨论。研究结果显示:GaN功率器件具有较强的抗总剂量能力,但是抗单粒子能力较弱,易发生漏电和单粒子烧毁,且烧毁点多发生在栅极边缘的漏侧。对GaN功率器件辐照损伤机理的研究缺乏权威理论,有待进一步探索,为其空间应用提供理论支撑。目前,平面结构的GaN功率器件是主流的技术方案,单片集成及高频小型化是GaN功率器件未来发展的方向。

空间辐射环境下SiC功率MOSFET栅氧长期可靠性研究

利用等效1 MeV中子和γ射线对1200 V SiC功率MOSFET进行辐射,研究了电离损伤和位移损伤对器件的影响,并分析了辐射后器件栅氧长期可靠性。结果表明:中子辐射后器件导通电阻发生明显退化,与辐射引入近界面缺陷降低载流子寿命和载流子迁移率有关。时间依赖的介质击穿(TDDB)结果表明,栅泄漏电流呈现先增加后降低趋势,与空穴捕获和电子捕获效应有关。中子辐射后栅漏电演化形式未改变,但氧化层击穿时间增加,这是中子辐射缺陷增加了Fowler-Nordheim(FN)隧穿势垒的缘故。总剂量辐射在器件氧化层内引入陷阱电荷,使得器件阈值电压负向漂移。随后的TDDB测试表明,与中子辐射一致,总剂量辐射未改变栅漏电演化形式,但氧化层击穿时间提前。这是总剂量辐射在氧化层内引入额外空穴陷阱和中性电子陷阱的缘故。

FinFET器件单粒子翻转物理机制研究评述

鳍式场效应晶体管(FinFET)器件由于其较高的集成度以及运算密度,已成为未来航天应用领域的重要选择。FinFET器件的辐射敏感性与其制作工艺和工作条件息息相关。为了解FinFET器件的单粒子翻转(SEU)敏感机制,文章结合国内外开展的相关研究,从SEU机理出发,分析了器件特征尺寸、电源电压和入射粒子的线性能量传输(LET)值等不同条件对器件SEU敏感性的影响,最后结合实际对FinFET器件SEU的研究发展方向进行展望。

重离子引起SiC MOSFET栅氧化物潜在损伤研究

针对空间应用,开展SiC MOSFET单粒子效应试验研究。在加速器上用重离子辐照1200 V SiC MOSFET,离子线性能量传输(LET)在0.26~118 MeV·cm^(2)/mg之间,辐照中被试器件加50~600 V静态漏源偏置电压、栅源短接,实时测量电特性,进行辐照后栅应力(PIGS)测试。试验结果发现,50~100 V偏置电压下,离子引起瞬态电流,PIGS测试栅失效。分析认为离子引起栅氧化物潜在损伤,PIGS测试过程中,潜在损伤进一步退化导致栅失效。氧化物潜在损伤不仅与辐照偏置电压有关,还与入射离子LET和注量有关。PIGS测试需要的栅应力时间与潜在损伤程度有关,可超过300 s。并给出了电荷累积损伤模型。模型进行SiC MOSFET单粒子效应评估时,应考虑离子引起栅氧化物潜在损伤的影响,需根据轨道和任务周期确定试验离子注量,根据应用情况确定辐照偏置电压,并评估确定PIGS测试栅应力时间。

番茄中77种农药残留检测及膳食暴露风险评估

目的分析上海市地产番茄的农药残留情况,评估其在一般人群和4~6岁儿童中的膳食暴露风险。方法采集上海市9个区86个生产种植主体的111份地产番茄样品,采用气相色谱-串联质谱法和液相色谱-串联质谱法对77种农药残留进行检测,并采用确定性评估模型对检出的农药残留进行膳食暴露风险评估。结果在检测的111份番茄样品中,57份样品检出农药残留,整体检出率为51.35%,合格率为100%。共检出14种农药,以腐霉利、啶酰菌胺和霜霉威等为代表的杀菌剂为主,检出占比为64.29%。一般人群和4~6岁儿童的慢性膳食摄入风险分别为0.00124%~0.53251%和0.00266%~1.14138%,急性膳食摄入风险分别为0.04837%~4.26422%和0.17818%~15.59091%,均小于100%,膳食暴露风险处于可接受的范围。结论上海市地产番茄的农药残留膳食暴露风险较低,不会对消费者产生健康危害。本研究可为上海市番茄生产的用药指导和质量安全监管提供数据支撑及参考依据。

上海市地产芹菜中农药残留慢性膳食暴露风险评估

为了解上海市地产芹菜的农药残留情况及慢性膳食摄入风险水平,对2017-2022年采集的500份上海市地产芹菜样品中82种农药残留进行检测,并利用@Risk7.6软件,对芹菜的农药残留情况和慢性膳食暴露风险进行分析,以向各级监管部门提供后续芹菜质量安全监测的参考依据。结果表明,500份芹菜样品的农药残留总体检出率为31.4%,合格率为99.0%;共检出29种农药残留,烯酰吗啉、啶虫脒、腐霉利、吡虫啉、多菌灵和噻虫嗪的检出率较高;检出5份不合格样品,超标农药为噻虫嗪、灭蝇胺、氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和苯醚甲环唑。在检出的样品中,82.8%的检出农药未在芹菜上登记,51.7%的农药暂未制定在芹菜中的最大残留限量标准,52.9%的样品同时检出2种及以上的农药残留。在慢性膳食暴露风险评估中,高检出率农药的平均风险值为0.00218~0.0416,均远小于1,表明居民通过食用上海市地产芹菜摄入农药残留的慢性风险处于可接受的水平,但有关部门仍需加强未登记农药的监测,从而进一步保障芹菜的质量安全。

分散固相萃取净化-超高效液相色谱-串联质谱法同时测定水果中7种链格孢霉毒素的含量

目的建立分散固相萃取净化-超高效液相色谱-串联质谱法快速、准确地同时检测水果中7种链格孢霉毒素的方法。方法试样用酸化乙腈提取,无水硫酸镁除水,氯化钠盐析,上层清液经C_(18)与石墨化碳黑分散固相萃取净化后,采用超高效液相色谱-串联质谱法测定,基质匹配标准溶液外标法定量。结果7种链格孢霉毒素在0.005~0.500mg/L范围内线性关系好(r^(2)>0.99),检出限为0.005mg/kg,定量限为0.01mg/kg,回收率在77.30%~114.34%之间,批内相对标准偏差为0.65%~14.81%,批间相对标准偏差为0.03%~18.59%。结论该方法简单、高效,精密度及准确度高,适用于水果中7种链格孢霉毒素的测定。

高速A/D转换器单粒子效应实时评估系统和方法研究

提出了一种在线实时检测评估高速A/D转换器(ADC)的单粒子效应的测试方法。基于该方法搭建了部分模块可复用的单粒子效应测试评估系统。系统由时钟生成模块、待测ADC模块、D/A转换器(DAC)转换输出模块、FPGA控制模块与上位机模块构成。对待测ADC模块进行重构,可完成对不同ADC器件的测试评估,提升了模块可复用性和测试效率。该系统通过监测电源引脚的电流变化、ADC内部寄存器值翻转情况、经过高速DAC转换输出的模拟波形,可实时测试评估ADC器件的单粒子锁定(SEL)、单粒子翻转(SEU)、单粒子瞬态(SET)、单粒子功能中断(SEFI)等效应。基于该系统对自主研发的具有JESD204B接口的12位2.6 GS/s高速ADC进行了单粒子效应试验。试验分析表明,该系统能准确高效评估高速ADC器件的单粒子效应。

纳米材料在SPR生物传感器中的应用进展

目的研究纳米材料在SPR生物传感器中的应用进展。方法介绍表面等离子共振(SPR)原理和近几年来纳米材料在SPR生物传感器中的应用研究现状,并重点综述常见的几种纳米材料(包括金纳米粒子、金纳米棒、银纳米粒子、磁纳米粒子、石墨烯和量子点)在SPR生物传感器中的应用新进展。结果 SPR生物传感器是对表面折射率变化敏感的一项分析技术,然而,传统的SPR传感器无法检测极小的折射率变化,这就阻碍了其在超灵敏检测中的应用。结论采用纳米材料提高SPR检测灵敏度和特异性是SPR技术发展的必然趋势。

SiC器件单粒子效应敏感性分析

新一代航天器需要使用耐高压、功率损耗低的第3代半导体SiC器件,为了给器件选用和抗辐射设计提供依据,以SiCMOSFET和SiC二极管为对象,进行单粒子效应敏感性分析。重离子试验发现,在较低电压下,重离子会在SiC器件内部产生永久损伤,引起漏电流增加,甚至单粒子烧毁。SiCMOSFET和SiC二极管试验结果类似。试验结果表明SiC器件抗单粒子能力弱,与器件类型关系不大,与SiC材料有关。为了满足空间应用需求,有必要进一步开展SiC器件辐射效应机理、试验方法和器件加固技术等研究。

室内空气净化技术应用效果研究进展

综述了过滤技术、吸附技术、静电技术、催化技术、等离子体技术等室内空气净化技术净化颗粒及有害气体效果的研究进展,并统计分析了北京市主流市场上国内外知名空气净化器应用各类净化技术的净化效果。同时,说明了各类技术在实际应用时的不足。最后展望了各类净化技术应用于室内空气净化器的发展趋势。

空间质子直接和非直接电离引发单粒子效应的地面等效评估试验方法

以40 nm和65 nm CMOS工艺SRAM为样品,进行质子辐照单粒子效应试验研究,以建立空间质子引起单粒子效应的地面等效评估试验方法。分别进行低能质子直接电离、高能质子核反应和重离子直接电离引起的单粒子翻转试验;根据获得的试验数据,分析讨论给出空间质子引起半导体器件单粒子效应的地面等效评估试验方法:对低能质子直接电离引起的单粒子效应,基于LET等效采用重离子进行试验;对高能质子非直接电离引起的单粒子效应,采用高能质子进行试验;根据地面质子和重离子辐照试验数据,结合空间辐射环境模型,预计由空间质子辐射引起的器件在轨单粒子翻转率。

宇航器件空间辐射效应地面模拟试验与评估标准规范体系

宇航器件抗辐射性能主要依靠地面辐射模拟装置开展试验和评估,试验与评估标准规范是科学评价宇航器件抗辐射性能的重要依据。本文针对宇航器件空间辐射效应地面模拟试验的需求,分析了国内外宇航器件空间辐射效应地面模拟试验与评估标准规范的发展现状,研究了器件发展给辐射效应试验方法带来的挑战,提出了满足空间抗辐射性能要求的宇航器件地面模拟试验与评估标准规范体系建设建议,对规范宇航器件抗辐射性能地面模拟试验方法具有参考价值。

基于金纳米粒子比色检测重金属铅离子

目的研究一种新的基于半胱氨酸修饰的金纳米粒子的检测重金属铅离子的方法。方法采用柠檬酸钠还原法合成粒径为13 nm的金纳米粒子,并用半胱氨酸进行修饰（Cys-Au NPs）。在Pb2＋诱导下,Cys能通过螯合配体结合作用捕获Pb2＋,导致Au NPs聚集,使Au NPs特征峰的位置和强度发生变化,且溶液颜色发生变化。结果该比色法的检测范围为0.02~5μmol/L,检出限为0.01μmol/L。通过对比Pb2＋与其他金属离子的紫外可见光谱,证明该方法特异性好。结论该比色法可用于Pb2＋的实际检测应用中。

聚丙烯基高分子功能材料吸附卷烟烟气中多种有害成分的应用

为了寻找能同时降低卷烟烟气中甲醛、乙醛、巴豆醛和颗粒物有害成分含量的离子交换树脂吸附材料,采用电镜扫描方法观察聚丙烯基阳离子树脂高分子功能材料的表面特征,应用压汞法分析其平均孔径、中值孔径、比孔容和比表面积,并测试了该材料的交换容量,采用环境试验舱检测法对比测试了该材料和活性炭降低卷烟烟气中甲醛、乙醛、巴豆醛和颗粒物有害成分含量的效果。结果表明,聚丙烯基高分子功能材料表面多斑点状突起,凹凸状明显,微孔和缝隙多,平均孔径为0.26μm,中值孔径为149.3μm,比孔容为19.23 cm3/g,比表面积为293.42 m2/g,交换容量为5.16 mmol/g,对烟气中甲醛、乙醛、巴豆醛和颗粒物的净化率分别达到79.6%、79.8%、82.8%和64.7%,而活性炭的净化率分别为20.3%、0、6.4%和54.2%。研究表明,该聚丙烯基高分子功能材料具有物理吸附和化学吸附性能,净化卷烟烟气中多种有害成分的效果明显优于活性炭。

SiC结势垒肖特基二极管的重离子单粒子效应

在100～600V偏压下,对600,1 200,3 300V的SiC结势垒肖特基二极管用加速器产生的氙(Xe)和钽(Ta)重离子进行了辐照实验。结果表明,器件漏电流随入射离子LET、注量及偏压的增加而增大,甚至出现了短路失效。分析认为,肖特基结局部被重离子破坏,形成漏电通路,造成SiC二极管漏电流增大,直至发生单粒子烧毁。

MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效分析

为验证一款GaN功率放大器抗空间辐射效应能力,对其进行了重离子单粒子效应试验研究。被试样品是由GaN HEMT、MOS电容器和电感器等组成的混合电路。试验源为加速器产生的锗离子(Ge^+13,能量205 MeV),线性能量传输(LET)值为37.4 MeV cm^2/mg。试验结果是:GaN HEMT性能未出现变化;MOS电容器发生了介质击穿失效,造成功率放大器功能失效。经验公式计算的单粒子介质击穿电压,与重离子试验结果基本吻合,得出MOS电容器单粒子介质击穿导致GaN功率放大器失效。研究表明,混合电路中无源的MOS电容器也会发生单粒子介质击穿失效,应用于空间环境时应进行单粒子效应评估。

激光相干雷达中光电双下变频技术

在激光雷达远程测距中,雷达接收机需要在接收信号信噪比较低的背景下,对其中的有用信号进行识别、提取和判决。因此,为保证雷达系统的探测距离和精度,在激光发射功率一定的前提下,需在信号接收处理的各环节中设法提高信号的信噪比。当前外差式激光雷达接收机在变频时将本振光和信号光直接混频,导致镜像频率噪声与有用信号叠加,致使解调信噪比恶化。针对激光雷达接收机提高信号信噪比的需求,提出了一种在信号解调过程中对镜频干扰进行抑制,从而提高解调信噪比的方法。采用光电联合I/Q下变频,首先参考Hartley结构,在光信号的解调过程中对镜频处的噪声进行抵消,随后采用I/Q支路不平衡补偿算法对潜在的双支路不平衡量进行矫正,最后使用数字正交下变频将中频信号解调至基带。仿真和实验表明,该方法能够有效消除调频信号变频过程中引入的镜像频率噪声,相较于传统激光相干雷达接收机方案,该方案解调得到的基带信号信噪比提升了约3 dB。

基于碳排放税的供应链企业合作机制研究

以碳排放税的征收为研究背景,考虑了生产型供应链中上下游企业的合作机制问题。重点分析了上下游企业的最优产出、减排水平、社会总福利等关键性指标。最后选取合理的数据对相关重要结论进行了验证。

基于小信号放大的掺铒光纤放大器的仿真与实验

本文研究并设计了一种掺铒光纤放大器,该EDFA能够有效对微弱光信号功率进行放大。首先在OptiSystem环境下进行理论数值仿真优化,根据仿真优化结果对现有光路进行改进。为对比两种掺杂浓度光纤的增益特性,本文进行低掺光纤和高掺光纤仿真与实验,发现高掺光纤优势较大,选用高掺光纤增益系数可达34.2 dB。相较传统EDFA,选择的高掺光纤长度仅为传统光纤长度的十分之一,并且可以保证增益系数在34 dB以上;其次在缩短光纤长度的条件下对-40 dBm的信号产生较大增益,利用改进的插值法计算测量得到的噪声系数更加精确,较传统放大器低0.3 dB左右,实现较低噪声系数和较高增益。基于以上优点,该放大器已应用于信号光的前置放大系统,对小信号光具有良好的放大效果。