电离效应对EBCMOS中电子倍增层增益的影响研究

采用蒙特卡罗模拟方法研究了电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)成像器件中高能电子轰击半导体时产生的电离效应对电荷收集效率和电子倍增层增益的影响。分析了入射电子能量、p型衬底层掺杂浓度、电子倍增层和钝化层厚度对电荷收集效率和增益的影响。结果表明,增加入射电子能量(小于4keV)、减小电子倍增层和钝化层厚度、降低掺杂浓度等是提高电荷收集效率和电子倍增层增益的有利途径,可为获得高增益的EBCMOS器件提供理论支撑。

半导体器件辐射电离效应的激光模拟方法

因对半导体器件进行安全、快捷、无损伤的辐射效应研究及验证的迫切需求,激光模拟辐射电离效应方法应运而生,并得到了国外科研界的推动和认可。相比于大型地面辐射模拟装置,激光模拟方法具有许多独特优势,可为深入认识半导体器件辐射效应,开展有针对性的抗辐射加固设计提供重要的补充手段,其研究在理论和应用方面均具有重要意义。本文简要叙述了γ射线、激光与半导体器件相互作用产生电离效应的主要机理,归纳了激光模拟的物理基础和主要特点,总结了国内外发展的情况,深入分析了当前研究存在的问题,并提出了开展研究可以采取的手段和方法。最后展望了未来值得进一步探索的研究内容和方向。

不同离子激发Au靶的多电离效应

重离子与固体表面相互作用时,会引起靶原子内壳层的电离,相应空穴退激过程中发射的X射线对研究重离子与固体表面的相互作用有着重要意义,可为相关研究提供基础数据.目前,在K和L壳层电离方面做了一些工作,而M壳层的研究较少,本文依托兰州重离子加速器国家实验室320 kV高电荷态离子综合研究平台,测量了不同能量的H^+, Ar^(8+), Ar^(12+), Kr^(13+)和Eu^(20+)离子与Au表面作用产生的特征X射线谱及其能移,计算了X射线的产额比值.结果表明:重离子引起了靶原子内壳层的多电离,多电离效应使Au的MX射线有不同程度的能移;多电离程度取决于入射离子能量、离子的原子序数和其外壳层的空穴数量.

火焰的电离效应与内燃机燃烧过程的温度测量

根据有机物火焰的电离效应和新近的试验结果，认为电离效应是燃烧气体的状态参数，并因此提出用电离效应测量燃烧过程的温度．

栅氧化方式对NMOS器件总剂量电离效应的影响

基于抗辐射0.6μm CMOS工艺,对5 V/20 V&LV/HV NMOS器件进行了总剂量加固结构设计,并采用叠栅氧工艺成功制备了抗总剂量能力≥500 krad(Si)高低压兼容的NMOS器件。重点研究了不同的栅氧化工艺对NMOS器件总剂量辐射电离效应的影响作用。研究发现,在抗总剂量电离能力方面,湿法氧化工艺优于干法氧化工艺:即当栅氧厚度小于12.5 nm时,LVNMOS器件因总剂量电离效应引起的阈值电压漂移ΔV_(tn)受栅氧化方式的影响甚小;当栅氧厚度为26 nm时,HVNMOS器件因总剂量电离效应引起的阈值电压漂移ΔVtn受栅氧化方式及工艺温度的影响显著。在500 krad(Si)条件下,采用850℃湿氧+900℃干氧化方式的HVNMOS器件阈值电压漂移ΔV_(tn)比采用800℃湿氧氧化方式的高2倍左右。

多纵模激光束在AVLIS中对电离效应的影响

我们采用传统的平均方法,对用半经典理论得到的原子的运动方程进行了平均;利用数值计算给出多纵模激光与三能级原子系统相互作用的物理图象及初步解释,说明了多纵模间干扰对AVLIS(原子蒸气法激光同位素分离)电离效率的影响;分析结果对AVLIS工程有一定的参考意义。

辐射电离效应的激光模拟方法在半导体器件中的应用

由于需要对半导体器件进行安全快捷以及无损伤的切割,因此产生了辐射电离效应的激光模拟方法,这种方法已经得到了国际上的认可。并且跟大型地面辐射模拟装置相比,激光模式方法具有很多优势,可作为重要的补充手段来展开针对性的抗辐射加固设计来对半导体器件辐射效应进行深入研究,在理论和应用方面都具有重要的意义。本文主要就γ射线、激光和半导体器件之间互相作用产生的电离效应做简要分析,结合国内外发展情况进行了总结,根据当前研究存在的问题展开探讨,以及对未来进行的展望。

预电离效应对高功率脉冲氙灯光效的影响

随着ICF激光驱动器技术的发展，要求激光输出的能量和功率越来越高，激光片状放大器提供了装置总输出99％以上的能量，其典型的通光口径为Ф300mm×300mm（中国TIL装置）和Ф400mm×400mm（美国NIF装置）。为了提高储能效率，放大器多设计为多段式组合系统。相应地就需要大尺寸的脉冲氙灯，如弧长超过1500mm，达到Ф37mm。将预电离作为提高氙灯光效的有效途径已广泛应用于大型激光装置，文中研究了氙灯预电离参数对大尺寸脉冲氙灯光效的影响，包括预电离点灯以及泵浦脉宽的实验工作。

SOI晶体管和电路的瞬时电离辐射效应研究

基于全介质隔离的绝缘硅(Silicon-on-insulator,SOI)器件与体硅器件的瞬时电离辐射效应存在差异,采用1 064 nm/12 ns激光装置开展了三种SOI晶体管的激光辐照试验,测试了不同激光能量下的晶体管光电流;采用脉冲γ射线辐射源开展了SOI集成电路的瞬时γ剂量率辐射试验,测试了不同剂量率条件下的电路功能、电参数和触发器链状态。研究表明:在相同激光能量条件和相同特征尺寸条件下,SOI晶体管的光电流峰值约为体硅晶体管的3.5%;SOI集成电路在1.0×10^(9)~4.2×10^(11) rad(Si)·s^(-1)的试验剂量率范围内无闭锁效应,但存在显著的翻转效应,表现为功能短暂中断、电流和电压波动以及大量触发器状态错误。翻转效应的主要原因包括晶体管本身的翻转和印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)板级电路的电压波动。

SOI高压LDMOS器件氧化层抗总电离剂量辐射效应研究

绝缘体上硅(SOI)高压横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件是高压集成电路的核心器件,对其进行了总电离剂量(TID)辐射效应研究。利用仿真软件研究了器件栅氧化层、场氧化层和埋氧化层辐射陷阱电荷对电场和载流子分布的调制作用,栅氧化层辐射陷阱电荷主要作用于器件沟道区,而场氧化层和埋氧化层辐射陷阱电荷则主要作用于器件漂移区;辐射陷阱电荷在器件内部感生出的镜像电荷改变了器件原有的电场和载流子分布,从而导致器件阈值电压、击穿电压和导通电阻等参数的退化。对80 V SOI高压LDMOS器件进行了总电离剂量辐射实验,结果表明在ON态和OFF态下随着辐射剂量的增加器件性能逐步衰退,当累积辐射剂量为200 krad(Si)时,器件的击穿电压大于80 V,阈值电压漂移为0.3 V,器件抗总电离剂量辐射能力大于200 krad(Si)。

Trench型N-Channel MOSFET低剂量率效应研究

基于抗辐射100V Trench型N-Channel MOSFET开展了不同剂量率的总剂量辐射实验并进行了分析,创新性提出了器件随低剂量率累积以及不同偏置状态下的变化趋势和机理,给出了器件实验前后的转移曲线和直流参数,进行了二维数值仿真比较,证明了实验和仿真的一致性。研究表明:随高剂量率的剂量增加,器件阈值电压(V_(TH))发生了明显负向漂移现象,导通电阻(R_(DSON))出现5%左右的降低,击穿电压(BV_(DS))保持基本不变;低剂量率下总剂量效应与高剂量率有明显不同,阈值电压漂移量减小,同时出现正向漂移现象;此时导通电阻(R_(DSON))和击穿电压(BV_(DS))较高剂量率变化量进一步下降。研究认为,低剂量率下器件界面缺陷电荷增加变多,使得阈值电压的漂移方向发生改变,同时低剂量率实验周期是高剂量率的500倍,退火效应也较高剂量率的明显,导致器件参数辐射前后差异性减小。

SiC MOSFET的质子单粒子效应

SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在深空探测领域具有广阔的应用前景,但空间质子引发的单粒子效应(SEE)对航天器稳定运行造成了严重威胁。对平面栅结构与非对称沟槽栅结构的SiC MOSFET进行了能量为70、100与200 MeV的质子辐照实验。实验结果表明,两种SiC MOSFET的单粒子烧毁(SEB)阈值电压均大于额定漏源电压的75%;SEB阈值电压随质子能量升高而降低。对两种器件进行辐照后栅应力测试发现,两种结构的器件由于沟道不同而对栅应力的响应存在差异;不同的质子能量会在栅极引入不同程度的辐射损伤,低能质子更容易在栅氧化层发生碰撞而引入氧化物潜在损伤。该研究可为揭示SiC MOSFET质子SEE机理和评估抗辐射能力提供参考。

星载高速跨阻放大器电离总剂量效应研究

为得到卫星搭载的高速跨阻运算放大器在星载环境中长时间工作后的性能变化情况,对3款增益带宽积大于1 GHz的高速跨阻放大器芯片关键特征参数的电离总剂量损伤特性及变化规律进行了试验研究。辐照试验在^(60)Coγ射线源上采用高温加速评估的方法完成,辐照到放大器芯片上的剂量率为0.3~0.5 Gy(Si)/s。分析了放大器芯片输出偏置、输出噪声和带宽等关键电参数在辐照前后及高温(85℃±6℃)退火前后的特性,讨论了引起电参数变化的机理。结果表明,经过两轮150 Gy(Si)剂量辐照及高温退火后,放大器芯片的输出偏置和输出噪声水平无明显变化,时域脉冲响应正常,-3 dB带宽减小了3%左右。带宽为3款高速跨阻放大器芯片的辐射敏感参数,其变化与电离辐射在SiO_(2)/Si界面引起正电荷建立和界面态直接相关。辐照后的芯片仍然能够满足高带宽测试情况下的需求,150 Gy(Si)为电参数和功能合格的累积剂量。

质子辐照导致科学级电荷耦合器件电离效应和位移效应分析

针对卫星轨道上的空间环境辐射引起电子元器件参数退化问题,为了研究光电器件空间辐射效应、损伤机理以及参数退化规律,对某国产埋沟科学级电荷耦合器件(charge-coupled devices,CCD)进行了10 Me V质子辐照试验、退火试验及辐射效应理论模型研究.试验过程中重点考察了器件的暗信号和电荷转移效率特性的变化.试验结果表明,器件的主要性能参数随着质子辐照注量的增大明显退化,在退火过程中这些参数均有不同程度的恢复.通过对CCD敏感参数退化规律及其与器件工艺、结构的相关性进行分析,并根据半导体器件辐射效应理论,推导了器件敏感参数随质子辐照注量变化的理论模型,得到了暗信号及电荷转移效率随辐照注量退化的半经验公式.上述工作可为深入开展CCD抗辐射性能预测、抗辐射工艺改进与结构优化提供重要参考.

基于张衡一号卫星监测的2021年青海玛多7.4级地震前电离层效应

本次研究围绕张衡一号(ZH-1)卫星监测到的2021年青海玛多Ms7.4地震前的电离层效应,采用上下四分位距法和小波变换法处理ZH-1卫星朗缪尔探针(LAP)探测到的电子密度N。和等离子体分析仪(PAP)探测到的离子密度N:(He+和O+)数据,经分析发现Ne、He+密度和0+密度在震前7天(2021年5月14日)和5天(2021年5月16日)出现同步异常。在此基础上,基于地球物理异常多项证据,分析认为2021年玛多Ms7.4地震孕育过程包括应力扩张早期、应力扩张晚期和临震加速期,该地震可能通过岩石圈一大气圈一电离层耦合模型的声重波、电磁波通道影响了电离层。

双极晶体管空间辐射效应的研究进展

双极晶体管具有电流驱动能力强、噪声低、线性度高等优点,已成为航天飞行器中常用的电子元器件。然而,在空间辐射环境下服役时,双极晶体管容易发生性能退化,进而危及航天设备的运行。因此,本文综述了双极晶体管在空间辐射环境中产生的损伤效应,主要包含电离损伤效应、位移损伤效应以及电离/位移损伤协同效应,并分析了双极晶体管的性能退化规律以及损伤机理,从而为双极晶体管的抗辐射研究提供一定的参考。

空中核爆炸电离效应的数值模拟

根据电离平衡方程组和射线在大气中的能量沉积方程,在完善中性大气层模型基础上,通过数值模拟方法得到了空间核爆炸电离效应的时空分布.数值分析结果表明:低空核爆炸产生的自由电子的密度最大值要高于高空核爆炸;对于瞬发核辐射的影响,低空核爆炸和高空核爆炸有着显著的差异;而缓发核辐射的持续时间、影响范围,高空核爆炸情况要大于低空核爆炸.

重离子轰击Ta靶引起的多电离效应

在兰州重离子加速器国家实验室分别测量了H^+,He^(2+),Ar^(11+)和Xe^(20+)离子轰击Ta表面过程中辐射的X射线谱,并得到了Ta特征X射线谱中M_γ(M_3N_5)和M_(αβ)(M_(4,5)N_(6,7))线的强度,即I_γ和I_(αβ).分析结果表明,强度比值I_γ/I_(αβ)随着入射离子原子序数的增加而显著增加,这是由于碰撞过程中Ta原子的多电离效应使M_3支壳层的荧光产额ω_3产生了显著增强.

90nm浮栅型P-FLASH器件总剂量电离辐射效应研究

研究了基于90 nm e FLASH工艺制备的浮栅型P-Channel FLASH单元的总剂量电离辐射效应,主要研究了FLASH单元随总剂量增加的变化规律及编程/擦除时间对FLASH单元抗总剂量能力的影响。研究表明:随着总剂量的增加,浮栅型P-FLASH器件"开"态驱动能力(Idsat)、"关"态漏电(Ioff)及跨导(gm)未发生明显退化,但"擦除/编程"态的阈值窗口明显减小,且呈现"编程"态阈值电压(VTP)下降幅度较"擦除"态(VTE)快的特征;编程/擦除时间的增加会导致FLASH单元阈值电压漂移量,对编程态FLASH单元,编程时间的增大导致阈值电压漂移量增大,而对于擦除态器件FLASH单元,擦除时间的增加导致阈值电压漂移量减小。综上所述,总剂量的增加仅引起浮栅型P-FLASH单元阈值电压的漂移,即浮栅内电荷的转移;编程/擦除时间的增加导致FLASH单元阈值电压漂移量的差异,主要是由于编程/擦除应力时间的增加导致隧道氧化层及界面处陷阱电荷的引入所引起的。

硅基光电探测器空间辐射效应研究进展

硅基光电子技术结合了高集成度的大规模集成电路制造技术与光电子芯片的大带宽、高速率等优势,推动硅基光电器件在高能物理实验、医学影像和高能粒子碰撞器等领域的广泛应用。然而,应用于空间环境和医疗探测器的光电探测器在运行周期中预计会受到~10^(12)particles/cm^(2)的累积注量,而应用于大型粒子对撞机的新型探测器则要经受~10^(14)particles/cm^(2)的辐射注量。本文详细阐述了硅基光电探测器的空间辐射效应研究现状,主要包括不同粒子辐照后硅基光电二极管、雪崩光电二极管、单光子探测器以及光电倍增管等主流光电探测器的辐射效应研究进展。研究结果表明,探测器抗电离总剂量性能较好,位移损伤是导致其关键性能参数退化的主要原因,由于工作原理差异,各类器件在辐射环境中表现出不同退化行为和作用机理。