双极运算放大器低剂量率辐照损伤增强效应的变温加速辐照方法

介绍了一种变温辐照加速评估双极电路低剂量率辐照损伤增强效应的新实验方法,并对各种实验现象的潜在机理进行了分析。结果显示,阶跃降低辐照温度的变温辐照法,不仅能较好地模拟双极运放电路实际空间低剂量率的辐照损伤,且比美军标的恒高温辐照法的总剂量评估范围明显增大,还可作为快速鉴别器件是否具有低剂量率辐照损伤增强效应的有效实验方法。

低剂量率辐照损伤增强效应的高温辐照加速试验机理研究

本文建立了包含温度场的低剂量率辐照损伤增强效应(ELDRS)的物理模型,利用有限元方法仿真了辐照温度、剂量率、总剂量和辐射感生产物浓度的相互关系,分析了工艺参数,如氧化物陷阱浓度、能级,含H缺陷浓度及界面陷阱钝化能对最佳辐照温度的影响。结果表明,最佳辐照温度是辐射感生产物产生与退火相互竞争的结果,且辐射感生产物的退火行为是决定最佳辐照温度的主要因素,因此氧化物陷阱的热激发能及界面陷阱的钝化能对最佳辐照温度的影响最为明显,是不同器件最佳辐照温度差异性的主要原因。

典型模拟电路低剂量率辐照损伤增强效应的研究与评估

采用变剂量率和变温两种辐照方法,对4款典型模拟电路的低剂量率辐照损伤特性及变化规律进行了研究与评估,分析了两种辐照方法下其辐照敏感参数的变化,比较了不同辐照方式下器件的退化程度,讨论了这两种实验室加速评估低剂量率辐照损伤方法的机理.结果显示,变剂量率辐照可以较快地预测实际低剂量率下的辐照损伤趋势,且在较低的总剂量下能够给出不太保守的估计,但其预测的总剂量受到器件退化速度的影响;变温辐照加速评估方法能够保守地估计其低剂量率下的辐照损伤,其评估范围不仅可达1000 Gy(Si),且可将评估时间缩短为12 h左右.研究结果表明,双极电路的低剂量率辐照损伤增强效应与感生的界面态密度和氢化的氧空位缺陷有关,辐照时剂量率和温度的改变会促进界面态的生长,抑制界面态的钝化作用,从而激发器件的辐照损伤潜能.

PMOSFET低剂量率辐射损伤增强效应研究

为研究PMOSFET的低剂量率辐射损伤增强效应,本文对4007电路中PMOSFET在不同剂量率、不同偏置条件下的辐射响应特性及高剂量率辐照后不同温度下的退火效应进行了讨论。实验结果表明:相比高剂量率,低剂量率辐照时PMOSFET阈值电压漂移更明显,此种PMOSFET具有低剂量率辐射损伤增强效应;高剂量率辐照后进行室温退火时,由于界面陷阱电荷的影响,PMOSFET阈值电压继续负向漂移,退火温度越高,阈值电压回漂越明显;辐照时,零偏置条件下器件阈值电压的漂移较负偏置时的大,认为是最劣偏置。

双极器件低剂量率辐射损伤增强效应物理机制研究

采用多陷阱的理论方法,模拟了不同剂量率辐照下MOS电容的总剂量效应,分析了氧化层空间电荷场效应与辐照剂量率的关系.研究了氧化层中浅能级陷阱、深能级陷阱对界面俘获电荷和半带电压的影响.研究结果表明,相对于高剂量率辐照,低剂量率在Si/SiO2界面附近俘获更多的空穴,导致产生更大的半带电压漂移;空间电荷场效应是由高、低剂量率辐射损伤差异造成的;浅能级陷阱俘获的空穴主要支配着氧化层电荷的传输特征,被深能级陷阱俘获的空穴是永久性的,是引起器件半带电压漂移的主要原因.

双极线性集成电路低剂量率辐射的增强损伤

综合介绍了双极线性集成电路在低剂量率辐射下产生的异常损伤，即在低剂量率下辐射时，这些器件在很低的总剂量水平下即告失效，失效阈较高剂量率辐射要低得多。它是因构成线性电路的双极器件发射极－基极结上覆盖了厚氧化物，低剂量率电离辐射在氧化物内产生电荷的传输时间有时要达到数百秒。

不同类型双极晶体管的低剂量率辐射损伤增强效应损伤机制

文章研究了双极晶体管不同温度的低剂量率辐射损伤增强效应,发现NPN晶体管与PNP晶体管的低剂量率辐射损伤机制是不相同的.最后文章讨论了其中可能的内在机制。

锑基异质结晶体管的总剂量效应和低剂量率损伤增强效应

锑化物异质结晶体管是新型的高速低功率电子器件,航天上具有良好的应用前景,但是对其耐辐照能力的研究并不深入。本文利用低频噪声和霍尔效应首次研究了分子束外延生长的锑基异质结晶体管在1.95×10^(-1) Gy·s^(-1)和1.50×10^(-2) Gy·s^(-1)低剂量率下的γ辐照效应。结果显示,在300 Gy(Si)~1500 Gy(Si)总吸收剂量范围内,表征缺陷浓度的噪声功率谱密度较之辐照前变小,辐照前后噪声功率谱密度差值随着吸收剂量的增大而缓慢增大,噪声功率谱密度、载流子迁移率和载流子浓度在不同的吸收剂量率之间没有明显差异。上述结果表明γ辐照下锑基异质结晶体管未表现出明显低剂量率损伤增强效应,虽然存在微弱的总剂量效应,但是总体而言γ辐射使得锑基异质结晶体管性能变得更为优良,其载流子迁移率较之辐照前增大了1.35%~6.48%,载流子浓度较之辐照前增大了1.43%~6.88%。

国产双极工艺线性电路低剂量率辐照效应评估方法

国产双极工艺元器件应用于航天型号存在低剂量率辐射损伤增强效应风险,需要对其开展低剂量率辐照试验评估。在0.01 rad(Si)/s低剂量率辐照条件下,测试分析了不同工艺器件对不同偏置条件的敏感性差异;对比0.1 rad(Si)/s辐照试验结果,分析了器件的低剂量率辐射损伤增强效应特性,建立了辐射损伤增强因子和参数判据法相结合的评价标准;依据此标准讨论了各型号器件的低剂量率辐射增强敏感度以及抗电离总剂量辐射的能力。

光电耦合器不同辐照剂量率下的伽玛总剂量效应

开展了光电耦合器在0.01,0.1,1.0和50rad(Si)/s四种剂量率下的伽玛射线(60 Coγ)辐照实验,结果表明:γ辐照导致光电耦合器电流传输比下降,辐照到相同总剂量,电流传输比下降幅度基本上随剂量率的减小而增大。在不拆封破坏光电耦合器的情况下,通过对光电耦合器中的发光二极管I-V特性、光敏晶体管增益及初级光电流的测试,以及耦合介质传输损耗特性的分析,证明了导致光电耦合器电流传输比退化的主导因素是光敏晶体管C-B区光响应度的下降。

硅双极器件及电路电离总剂量辐照损伤研究

针对硅双极器件及其构成的双极集成电路有着如低剂量率辐照损伤增强效应等不同于其他类型电路的特殊的辐照响应问题,分析了空间辐射电离总剂量环境及铝屏蔽作用,双极晶体管及电路总剂量辐照损伤机理,低剂量率辐照损伤增强效应、规律和电参数变化。通过选取几种典型的双极晶体管和电路进行地面辐照模拟试验和测试,证明了双极器件及电路的关键参数受辐照影响较大,特别是对低剂量率辐照损伤增强效应敏感,低剂量率辐照损伤增强因子基本都大于1.5,不同双极器件和电路的低剂量率辐照损伤增强效应有着明显的不同,与器件类型、加工工艺(如氧化层厚度)等密切相关。

双极晶体管高温辐照的剂量率效应研究

文章对一种具有低剂量率辐射损伤增强效应的国产双极晶体管进行了不同剂量率、不同温度下的电离辐照试验。结果表明,室温辐照条件下,该双极器件在较高剂量率下的辐射损伤没有显著区别,但在低剂量率辐照下,辐射损伤明显增加;而在高温辐照条件下,即使辐照剂量率较高,其辐射损伤也有显著的差异。最后,讨论了这种效应可能的内在机制。

变温恒剂量率辐照加速评估方法在双极线性稳压器LM317上的应用

对3个公司生产的同一型号双极线性稳压器LM317进行了工作和零偏偏置下高、低剂量率辐照,变温恒剂量率辐照及美军标恒高温恒剂量率辐照的对比实验。结果表明,与恒高温恒剂量率辐照相比,变温恒剂量率辐照不仅能非常准确、快速地评估出在不同偏置条件下3款双极线性稳压器的剂量率效应,还可较好地模拟双极线性稳压器在低剂量率辐照下的损伤。实验结果验证了变温恒剂量率辐照加速评估方法在双极线性稳压器上应用的可行性。

增强型氮化镓功率器件的总剂量效应

研究了P型帽层和共源共栅(Cascode)结构氮化镓(GaN)功率器件高/低剂量率辐照损伤效应。试验结果表明,P型帽层和Cascode结构GaN功率器件都不具有低剂量率损伤增强效应(ELDRS);Cascode结构GaN功率器件总剂量辐照损伤退化更明显;P型帽层结构的GaN功率器件抗总剂量能力较强。分析了二者的退化机制。试验结果为GaN功率器件空间应用提供了有益参考。

电荷耦合器件的γ辐照剂量率效应研究

对电荷耦合器件进行了不同剂量率的γ辐照实验,通过多种参数的测试探讨了剂量率与电荷耦合器件性能退化的关系,并对损伤的物理机理进行分析。辐照和退火结果表明:暗信号和暗信号非均匀性是γ辐照的敏感参数,电荷转移效率和饱和输出电压随剂量累积有缓慢下降的趋势;暗场像素灰度值整体抬升,像元之间的差异显著增加;电荷耦合器件的暗信号增量与剂量率呈负相关性,器件存在潜在的低剂量率损伤增强效应。分析认为,剂量率效应是由界面态和氧化物陷阱电荷竞争导致的。通过电子-空穴对复合模型、质子输运模型和界面态形成对机理进行了解释。

基于栅控横向PNP双极晶体管的氢氛围中辐照损伤机制

为了研究氢气与辐射感生产物之间的作用关系,以栅控横向PNP双极晶体管为研究对象,分别开展了氢气氛围中浸泡后的辐照实验和辐照后氢气氛围中退火实验,结果表明:氢气进入双极晶体管后会使其辐照损伤增强,并且未浸泡器件辐照后在氢气中退火也会使晶体管辐射损伤增强.基于栅扫描法分离的辐射感生产物结果表明,氢气进入晶体管会使得界面陷阱增多,氧化物陷阱电荷减少,主要原因是氢气进入氧化层会与辐射产生的氧化物陷阱电荷发生反应,产生氢离子,从而使界面陷阱增多.基于该反应机理,建立了包含氢气反应和氢离子产生机制的低剂量率辐照损伤增强效应数值模型,模型仿真得到的界面陷阱及氧化物陷阱电荷面密度数量级和变化趋势均与实验结果一致,进一步验证了氢气在双极器件中辐照反应机理的正确性,为双极器件辐照损伤机制研究和在氢氛围中浸泡作为低剂量率辐射损伤增强效应加速评估方法的建立提供了参考和理论支撑.

剂量率对MOS器件总剂量辐射性能的影响

对3种MOS器件在不同模拟源的两种辐照剂量率下进行辐照实验,研究了MOSFET阈值电压随辐射剂量及剂量率的变化关系。对实验结果进行了分析讨论。试验表明:在相同辐射剂量下,低剂量率辐照损伤比高剂量率大。

不同^(60)Co γ剂量率下10位双极D/A转换器的总剂量效应

为探索电离辐射对数模混合电路的影响,对国产10位双极D/A转换器在60Co γ射线不同剂量率辐照下的电离辐射效应及退火特性进行研究。结果表明:D/A转换器对辐照剂量率十分敏感,在大剂量率辐照时,电路功能正常,各功能参数变化较小;在低剂量率辐照下,各参数变化显著,电路功能出现异常,表现出明显的低剂量率损伤增强效应。最后,结合空间电荷模型对其电离辐射损伤机理进行了初步探讨。

双极线性稳压器(LM317)的电离总剂量效应及剂量率的影响

对一款双极集成、三端线性稳压器LM317进行了不同偏置、不同剂量率条件下的电离辐射效应及室温退火特性研究。研究结果表明:器件输出电压、输入输出压差等敏感参数在电离辐射环境下发生了不同程度的变化,且在零偏偏置辐照下的变化比工作偏置辐照下的变化大;在零偏偏置条件,总剂量相同时低剂量率辐照下的损伤明显大于高剂量率辐照,表现出低剂量率损伤增强效应;在工作偏置条件,高剂量率辐照下的损伤大于低剂量率辐照下的损伤,但随后的退火实验中恢复到低剂量率辐照损伤水平,表现出时间相关效应。对稳压器辐射敏感参数的影响因素和不同偏置下的剂量率影响进行了分析和讨论。

不同型号PMOSFETs的剂量率效应研究

对比研究了国内外五种不同型号的PMOSFETs,在不同剂量率、不同偏置条件下的辐照响应特性;并对高剂量率辐照后的器件进行了与低剂量率辐照等时的室温退火。结果表明,随着辐照累积剂量的增加,所有器件阈值电压的漂移都更加明显;不同型号的器件在不同条件下,表现出了时间相关(TDE)和低剂量率损伤增强(ELDRS)两种不同的剂量率效应。因此,ELDRS效应在PMOSFETs器件中并不是普遍存在的。