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。

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。

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。

用10MeV质子和钴60γ射线进行CCD空间辐射效应评估

文章用10MeV质子和钴60γ射线对CCD(Charge Coupled Device)进行了辐照试验,分别计算得到了电离总剂量和位移效应的失效剂量。通过分析比较得出:在空间环境中,相对于电离总剂量效应而言,位移效应对CCD的损伤更为严重。因此,进行CCD辐射效应评估时,不仅要考虑电离总剂量效应,还要考虑位移效应。文章还探讨了评估CCD抗位移损伤能力的方法。

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。

空间辐射粒子引起单粒子翻转率预计

空间辐射粒子引起单粒子翻转（ＳＥＵ）率预计的基础是地面粒子加速器模拟试验数据、卫星轨道的粒子辐射环境模型和高能粒子与器件相互作用模型。引起ＳＥＵ的空间辐射粒子包括银河宇宙射线、太阳宇宙射线和地磁俘获粒子。高能粒子通过电离产生多余电子－空穴对引起ＳＥＵ。介绍了计算轨道中ＳＥＵ率的程序ＣＲＥＭＥ。以８０Ｃ３１微控制器为例，根据串列静电加速器地面模拟试验结果，进行了在轨ＳＥＵ率预计。

SRAM FPGA电离辐射效应试验研究

针对sramfpga空间应用日益增多,以100万门sramfpga为样品,进行了单粒子效应和电离总剂量效应辐照试验.单粒子试验结果是:试验用粒子最小let为1.66mev·cm2/mg,出现seu(单粒子翻转);let为4.17 mev·cm2/mg,出现sefi(单粒子功能中断),通过重新配置,样品功能恢复正常;let在1.66～64.8mev·cm2/mg范围内,未出现sel(单粒子锁定);试验发现,随seu数量的累积,样品功耗电流会随之增加,对样品进行重新配置,电流恢复正常.电离总剂量辐照试验结果是:辐照总剂量75krad(si)时,2只样品功能正常,功耗电流未见明显变化.辐照到87 krad(si)时,样品出现功能失效.试验表明sram fpga属于seu敏感的器件,且存在sefi.seu和sefi会破坏器件功能,导致系统故障.空间应用sram fpga必须进行抗单粒子加固设计,推荐的加固方法是三模冗余(tmr)配合定时重新配置(scrubbing).关键部位如控制系统慎用sram fpga.

纳米器件质子在轨单粒子翻转率预计方法

研究了纳米器件在空间轨道中质子引起单粒子翻转(SEU)率的预计方法。以65 nm SRAM为样品,利用加速器进行了质子和重离子单粒子翻转试验,分别基于质子试验数据和重离子试验数据,预计了空间轨道中质子引起的单粒子翻转率。结果表明,用重离子试验数据预计的质子单粒子翻转率比用质子试验数据预计的低1.5个数量级。研究认为,为了评估纳米器件单粒子翻转敏感性,需进行质子单粒子翻转试验,并基于质子试验数据进行在轨质子翻转率预计。

液压技术在现代升船机工程上的应用

液压技术在现代升船机工程上已被广泛采用,除主提升机设备外,闸首设备和船厢设备基本上均采用液压驱动。升船机液压装置的种类繁多,性能要求各异,运行工况复杂,其液压控制系统方案的合理性与先进性,对整个升船机的安全、正常运行有直接影响。在隔河岩、高坝洲、彭水等升船机工程的液压控制系统设计实践中,采用了多项自主创新技术,有效解决了同步、保压、调速、超载保护、比例卸载等技术难题,设计经验对国内升船机的建设有一定的借鉴价值。

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。

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。

国产非加固CMOS电路低剂量率辐射效应的研究

在不同剂量率下进行辐照试验,半导体器件的失效剂量和失效机理可能不同。文章对国产非加固 CMOS 电路 CC4007分别在低剂量率和高剂量率下进行辐照试验,并将试验结果进行比较。辐照剂量率为0.0001、0.001、1Gy(Si)/s。对高剂量率辐照的器件进行了100℃168h 退火试验。试验结果表明,在低剂量率下辐照器件电参数退化相对小些,但失效模式同高剂量率下的一样,失效是由于静态漏电大。试验还表明对国产非加固 CMOS 电路用高剂量率辐照试验进行评估是不准确的。

国际视野下教师“发展改进”素养的培育路径与现实困境

随着社会的快速发展与技术的持续变革,教师学会有效的专业发展或专业学习以应对多变的课堂情境带来的重要挑战成为当今教师顺利从教的必然要求。教师的“发展改进”素养作为教师质量的重要表征,也是教师从事专业发展与专业学习的重要基础。教师“发展改进”素养有着超脱于教师“专业发展”和“专业学习”之上的复杂意境,兼具教师“发展”的宏观愿景及“改进”的现实指向,并蕴藏着反思发展、研究改进、自我调节的丰富内涵。通过对美国、英国、澳大利亚、芬兰、日本等国的教师专业标准或培养方案的文本的深入分析及对其教师“发展改进”素养培育现状的总体考察发现,将教师“发展改进”素养要求内嵌于教师专业标准之中,为教师发展改进提供重要遵循、以研究为基础塑造教师对专业角色的整体认知、注重理论与实践的融合以激发教师发展改进的意愿、实施教师资格更新制度为教师的发展与改进提供制度保障成为培育教师“发展改进”素养的主要路径。与此同时,教师“发展改进”素养的培育目前也面临着教师发展改进的个人需求与教育要求的动态平衡难以把握、教师发展改进的职前、入职辅导和在职教育的连续体难以生成、教师的发展改进缺乏同伴合作、资金和时间等方面的有力支持的现实困境。

采用串列静电加速器进行单粒子效应模拟试验研究

本文描述了采用ＨＩ—１３串列静电加速器进行单粒子效应模拟试验的试验系统、试验方法和试验条件，给出了８０Ｃ３１单片机单粒子效应模拟试验结果；根据试验结果，采用ＣＲＥＭＥ程序对８０Ｃ３１单片机在三类不同轨道卫星上的单粒子翻转率进行了预计。

钢丝绳卷扬垂直升船机设备布置设计与研究

钢丝绳卷扬垂直升船机分为全平衡垂直升船机和下水式垂直升船机两种型式。两种型式的特点各不相同,应根据水利枢纽的条件,进行技术经济比较,确定升船机型式。对两种升船机型式的设备选择、总体技术参数的确定、平衡重重量的分配与选取、主体设备布置原则与基本方案等升船机总体设计的若干关键问题进行了研究探讨。

大容量Flash存储器空间辐射效应试验研究

分析了商用Flash存储器应用于航天器时应考虑的空间辐射效应和机理,并利用钴-60γ射线和重离子加速器对韩国三星公司生产的大容量Flash存储器K9XXG08UXA系列进行了抗电离总剂量试验和抗单粒子试验,以评估其空间应用可行性。试验结果显示:这一系列存储器的累积电离总剂量为50krad(Si)时,器件部分数据丢失,重新配置刷新后,功能正常;在线性能量传递值小于38MeV.cm2/mg时,未发生单粒子锁定和功能中断现象。空间辐射环境采用AD-AMS 90%最坏情况模型,太阳同步轨道高度965km,存储单元单粒子翻转率计算值为2×10-2次/(天.器件)。

CCD外围商用器件单粒子效应试验研究

采用中科院近代物理研究所回旋加速器产生的重离子(Kr),对商用的CCD外围器件进行单粒子效应试验研究,包括CCD信号处理器AD9945、高速视频D/A转换器ADV7123以及CCD时钟驱动器CXD3400等。试验得到AD9945、ADV7123在离子线性能量转移(Linear Energy Transfers,LET)为30MeV·cm^2/mg时,均发生单粒子锁定(Single Event Latch—up,SEL)现象,锁定截面分别为2.97×10^(-5)cm^2/器件和2.25×10^(-4)cm^2/器件;器件发生SEL时工作电流可达正常工作电流数倍,同时出现功能丧失,需断电重启才能恢复。试验发现CXD3400在离子LET为38 MeV·cm^2/mg、辐照通量达10~7cm^(-2)时,未发生SEL现象。

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。

质子在砷化镓材料中产生位移损伤的Geant4模拟

本文使用Geant4模拟了1、5、10、20、50、100、500、1 000MeV能量的质子入射GaAs的位移损伤情况。随入射质子能量的增大,产生的初级离位原子(PKA)数目增加、种类增多;PKA能谱分布总体上呈递减趋势,PKA在低能量区间所占份额降低,在高能量区间所占份额升高。研究结果表明,辐射缺陷浓度在质子入射方向上遵循布拉格规律。

清江隔河岩升船机主提升机安全制动系统设计

安全制动系统是钢丝绳卷扬提升式升船机的关键设备,其设备选型、工作性能、运行方式等对升船机的安全运行有直接影响。进行隔河岩升船机设计时,国内外尚没有盘式制动器在钢丝绳卷扬提升式升船机上应用的先例,缺乏实践经验。为使安全制动系统的性能满足升船机的运行要求,并确保系统自身的安全可靠性,设计中对各种因素的影响已尽可能地作了考虑,并采取了相应的应对措施。但设计的合理性和技术措施的周密性尚有待运行实践的检验。对我国同类升船机的建设有一定的参考、借鉴价值。