类KBe_2BO_3F_2结构硼酸盐深紫外非线性光学材料的研究进展

利用非线性光学(NLO)晶体材料和变频技术,可以把波长范围有限的激光光源扩展到紫外、深紫外区,这已成为深紫外光源的热点研究方向.然而,目前限制深紫外全固态激光器发展和应用的关键问题是缺乏能够在该波段进行频率转换并且产业化应用的NLO晶体材料.因此,该领域的各国科学家都在积极探索并发展新一代的深紫外NLO晶体材料.目前仅有KBe_2BO_3F_2 (KBBF)晶体能够实现Nd:YAG的直接六倍频深紫外激光(波长为177.3 nm)输出.然而, KBBF晶体存在严重的层状生长习性,并且其原料氧化铍有剧毒,从而极大地制约了其商业化生产和应用进程.根据阴离子基团理论,以BO_3基团为基本结构单元形成的类[Be_2BO_3F]层状结构特征仍然是目前最有利于产生深紫外谐波的适宜结构之一,因此,基于KBBF层状结构进行分子工程设计,并开发类KBBF结构的硼酸盐可能是探索新材料的优选策略.本文通过回顾类KBBF结构硼酸盐深紫外NLO晶体的发展历程,系统梳理该类晶体材料层状结构特点、不同层间连接方式和光学性能,分析限制深紫外NLO晶体发展的主要因素,讨论目前发展类KBBF结构硼酸盐深紫外NLO晶体材料的主要矛盾和解决策略,以期对未来新材料的创新探索提供借鉴.

平衡材料对双极器件电离总剂量效应的影响

本文选择贴片式NPN双极器件作为研究对象,采用在器件辐照试验时设置平衡材料的方法,通过对器件辐照敏感电参数的测量,研究平衡材料对双极器件电离总剂量效应的影响程度.结果表明:在器件辐照试验时设置平衡材料,器件的敏感电参数电流增益较未设置平衡材料退化更明显,仅设置前平衡材料比仅设置后平衡材料影响更大.在器件前后均设置平衡材料、仅设置前平衡材料和仅设置后平衡材料三种不同条件下,器件电流增益退化差异在50krad(Si)剂量点时分别为22.55%、13.38%和12.58,当辐照总剂量达到300krad(Si)时降低至11.65%、7.31%和4.14%.因此在评估器件的抗辐照性能过程中,很有必要在器件进行辐照试验时根据器件的结构尺寸,设置一定厚度的平衡材料,使器件敏感区满足次级电子平衡条件,从而保证器件敏感区实际吸收剂量达到标称辐照剂量.

硅基N沟道VDMOS不同偏置下总剂量效应研究

通过^(60)Coγ射线辐照试验,研究了不同栅极和漏极偏置下硅基N沟道VDMOS器件的总剂量效应,获得了器件的电学特性与低频噪声特性随辐射总剂量的变化规律。试验结果表明:受辐射诱生的氧化物陷阱电荷与界面陷阱电荷的影响,在栅极偏置为+20 V时,器件的电学特性随累积剂量的增大而退化明显。通过退火试验发现,相比于导通电阻和正向压降,阈值电压、漏电流、亚阈值摆幅和输出电容对于总剂量辐射更加敏感。而在低频噪声特性方面,辐照后器件的沟道电流归一化噪声功率谱密度与正栅极偏置呈现正相关性,与负栅极偏置呈现负相关性。在不同漏极偏置条件下,辐照后器件的沟道电流归一化噪声功率谱密度降低,且基本重合。依据噪声模型,认为N沟道VDMOS内部局域电场分布对辐射感生陷阱电荷的形成影响显著,导致器件Si/SiO_(2)界面或者附近的载流子与陷阱交换引起的沟道电流波动不同,成为低频噪声主要来源。研究结果可为N沟道VDMOS器件的辐射效应评估、筛选和抗辐射加固设计提供参考。

超深亚微米互补金属氧化物半导体器件的剂量率效应

对0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)及静态随机存储器(SRAM)开展了不同剂量率下的电离总剂量辐照试验研究.结果表明:在相同累积剂量,SRAM的低剂量率辐照损伤要略大于高剂量率辐照的损伤,并且低剂量率辐照损伤要远大于高剂量率辐照加与低剂量率辐照时间相同的室温退火后的损伤.虽然NMOSFET低剂量率辐照损伤略小于高剂量率辐照损伤,但室温退火后,高剂量率辐照损伤同样要远小于低剂量率辐照损伤.研究结果表明0.18μm CMOS工艺器件的辐射损伤不是时间相关效应.利用数值模拟的方法提出了解释CMOS器件剂量率效应的理论模型.

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.

电子辐射环境中NPN输入双极运算放大器的辐射效应和退火特性

本文对不同偏置下的NPN输入双极运算放大器LM108分别在1.8 Me V和1 Me V两种电子能量下、不同束流电子辐照环境中的损伤特性及变化规律进行了研究,分析了不同偏置状态下其辐照敏感参数在辐照后三种温度(室温,100℃,125℃)下随时间变化的关系,讨论了引起电参数失效的机理,并且分析了器件在室温和高温的退火效应以讨论引起器件电参数失效的机理.结果表明,1.8 Me V和1 Me V电子对运算放大器LM108主要产生电离损伤,相同束流下1.8 Me V电子造成的损伤比1 Me V电子更大,相同能量下0.32Gy(Si)/s束流电子产生的损伤大于1.53 Gy(Si)/s束流电子.对于相同能量和束流的电子辐照,器件零偏时的损伤大于正偏时的损伤.器件辐照后的退火行为都与温度有较大的依赖关系,而这种关系与辐照感生的界面态密度增长直接相关.

高效脱汞吸附材料在氯碱工业含汞废水深度处理中的应用

采用高效脱汞吸附材料对电石法聚氯乙烯生产过程中产生的含汞废水进行深度处理,通过连续6个月的中试运行,考察了除汞效果。结果表明,该高效脱汞吸附材料对低浓度含汞废水的去除效果好,处理后出水汞浓度能够稳定在5μg/L以下。若配合适当的装置和工艺,该系材料将有望在含汞废水深度处理领域得到推广应用。

新型非线性光学晶体设计及预测研究进展

非线性光学晶体材料作为激光技术及光电子技术核心材料之一,在激光存储、激光通信、激光制导、激光惯性约束核聚变等领域具有重要的应用。随着计算机技术快速发展,材料设计和预测日益成为“自上而下”靶向性新材料研发的一种辅助手段。本文介绍了我们团队近年来在无机非线性光学晶体材料中,关于倍频效应和双折射率的分析方法、材料设计以及结构预测等方面的研究进展。

双极电压比较器LM311电离总剂量与单粒子瞬态协同效应研究

本文研究了高、低电平输出偏置条件下双极电压比较器LM311的电离总剂量(Total Ionizing Dose,TID)—单粒子瞬态(Single Event Transient,SET)的协同效应.实验结果表明,高电平输出偏置条件下累积总剂量后的LM311的SET会受到明显抑制,主要表现为瞬态脉冲宽度减小,SET幅值变小.低电平输出偏置条件下累积总剂量后的LM311的SET有促进作用,主要表现为瞬态脉冲宽度增大,SET幅值变大.与高电平输出偏置条件相比,LM311在低电平输出偏置条件下对SET不敏感.发现TID诱发的界面态陷阱电荷和氧化物陷阱电荷是TID-SET协同抑制效应出现的根本原因.

磷化铟高电子迁移率晶体管外延结构材料抗电子辐照加固设计

为研究磷化铟高电子迁移率晶体管(InP HEMT)外延结构材料的抗电子辐照加固设计的效果,本文采用气态源分子束外延法制备了系列InP HEMT外延结构材料.针对不同外延结构材料开展了1.5 MeV电子束辐照试验,在辐照注量为2×10^(15)cm^(-2)条件下,并测试了InP HEMT外延结构材料二维电子气辐照前后的电学特性,获得了辐照前后不同外延结构InP HEMT材料二维电子气归一化浓度和电子迁移率随外延参数的变化规律,分析了InP HEMT二维电子气辐射损伤与Si-δ掺杂浓度、InGaAs沟道厚度和沟道In组分以及隔离层厚度等结构参数的关系.结果表明:Si-δ掺杂浓度越大,隔离层厚度较薄,InGaAs沟道厚度较大,沟道In组分低的InP HEMT外延结构二维电子气辐射损伤相对较低,具有更强的抗电子辐照能力.经分析原因如下:1)电子束与材料晶格发生能量传递,破坏晶格完整性,且在沟道异质界面引入辐射诱导缺陷,增加复合中心密度,散射增强导致二维电子气迁移率和浓度降低;2)高浓度Si-δ掺杂和薄隔离层有利于提高量子阱二维电子气浓度,降低二维电子气受辐射损伤的影响;3)高In组分应变沟道有利于提高二维电子气迁移率,但辐照后更容易应变弛豫产生位错缺陷,导致二维电子气迁移率显著下降.

γ射线辐照对130nm部分耗尽SOI MOS器件栅氧经时击穿可靠性的影响

研究了γ射线辐照对130 nm部分耗尽(Partially Depleted,PD)绝缘体上硅(Silicon on Insulator,SOI)工艺MOS器件栅氧经时击穿(Time-Dependent Dielectric Breakdown,TDDB)寿命的影响。通过测试和对比辐照前后NMOS和PMOS器件的转移特性曲线、阈值电压、关态泄漏电流以及TDDB时间等电参数,分析了γ射线辐照对PD-SOI MOS器件TDDB可靠性的影响。结果表明:由于γ射线辐照在栅极氧化层中产生了带正电的氧化物陷阱电荷,影响了器件内部势垒的分布,降低了电子跃迁的势垒高度,导致了电子遂穿的正反馈作用增强,从而缩短了器件栅氧化层经时击穿时间,最终造成器件栅极氧化层的可靠性下降。

偏置条件对国产SiGe BiCMOS器件总电离辐射效应的影响

本文研究了1 Gy(Si)/s的高剂量率辐照下,偏置条件对国产0.35μm SiGe BiCMOS工艺器件电离总剂量(Total ionizing dose,TID)辐射效应的影响。结果表明:高剂量率辐照下,国产SiGe BiCMOS器件具有非常好的抗电离总剂量效应能力,可以达到数十千戈瑞,基极电流对辐射更敏感。不同偏置条件下,器件TID累积到12 kGy(Si)时,反偏损伤最大,零偏次之,正偏增益退化最小。发现其主要机制是高剂量率辐射及外加偏置引入的边缘电场影响氧化层中诱导氧化物陷阱电荷和界面态产生,导致基极辐射敏感区增大,基极电流增大,从而使器件增益减小。

22 nm体硅nFinFET总剂量辐射效应研究

通过^(60)Coγ射线辐照试验,研究了22 nm工艺体硅nFinFET的总剂量辐射效应,获得了总剂量辐射损伤随辐照偏置和器件结构的变化规律及损伤机理。研究结果表明,经过开态(ON)偏置辐照后器件阈值电压正向漂移,而传输态(TG)和关态(OFF)偏置辐照后器件阈值电压负向漂移;鳍数较少的器件阈值电压退化程度较大。通过分析陷阱电荷作用过程,揭示了产生上述试验现象的原因。

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.

γ射线及质子辐照导致CCD光谱响应退化的机制

光谱响应是表征CCD性能的重要参数。为了研究辐射环境对CCD光谱响应产生影响的规律及物理机制,开展了不同粒子辐照实验,对CCD光谱响应曲线的退化形式及典型波长下CCD光响应的退化情况进行了分析。辐射效应对CCD光谱响应的影响可以分为电离总剂量效应和位移效应导致的退化,本文从这两种辐射效应出发,采用^(60)Co-γ射线及质子两种辐照条件,研究了CCD光谱响应的退化规律。针对4^(60) nm(蓝光)和700 nm(红光)等典型CCD光响应波长,从辐射效应导致的损伤缺陷方面分析了CCD光谱响应退化的物理机制。研究发现,在^(60)Co-γ射线辐照时CCD光谱响应曲线变化是由于暗信号增加导致的,而质子辐照导致CCD对700 nm波长的光响应退化明显大于4^(60) nm波长的光响应,且10 Me V质子导致的损伤比3 Me V质子更明显,表明位移损伤缺陷易导致CCD光谱响应退化。结果表明,电离总剂量效应主要导致CCD光谱响应整体变化,而位移效应则导致不同波长光的响应差异增大。

双极器件ELDRS效应研究进展

电离总剂量是航天电子系统辐射效应研究的重要问题,其中双极器件因其特有的低剂量率损伤增强(Enhanced low Dose Rate Sensitivity,ELDRS)效应,已成为航天用双极器件抗电离总剂量效应发展重点突破的方向及难点问题。本文综述了ELDRS效应及低剂量率加速评估技术的研究进展,并结合ELDRS效应难点问题,给出了最新关于ELDRS效应的研究结果。试验结果表明,采用变温辐照方法不仅可以保守地用于双极器件在0~200 krad(Si)范围的ELDRS效应评估,将评估时间从7.7个月缩短至11 h,还可将其应用于双极模拟电路总剂量和单粒子协同效应的评估,同样可以获得保守且快速的评估效果。

深亚微米N沟道MOS晶体管的总剂量效应

为了研究深亚微米工艺CCD的辐射效应特性,了解因器件特征尺寸变小引入的新效应,对0.18μm商用工艺线上流片的不同沟道宽长比的N型沟道MOSFET器件进行了60Co-γ射线辐照实验,这些NMOSFET与CCD内的MOSFET结构相同。分析了辐照后由于总剂量效应导致的NMOSFET参数退化情况以及参数的常温和高温退火行为。实验结果表明,深亚微米工艺器件的辐射耐受性相比大尺寸器件明显增强,不同沟道宽长比的器件表现出的总剂量效应差异显示了器件具有明显的窄沟效应,界面陷阱电荷在新型器件的总剂量效应中起主导作用。研究结果为大面阵CCD的辐射效应研究和辐射加固设计提供了理论支持。

不同偏置下铁电存储器总剂量辐射损伤效应

对两款商用铁电存储器进行了钴源辐射试验,研究了不同偏置条件下铁电存储器的总剂量效应。使用了超大规模集成电路测试系统测试了铁电存储器的直流、交流、功能参数,分析了辐射敏感参数在辐射过程中的变化规律,研究了器件功能失效和参数退化的原因。研究表明,将铁电存储器置于不同的偏置条件下,铁电存储器的功能失效阈值不同,原因可能是偏置不同造成了辐射损伤的短板电路模块不同。

电子辐照深亚微米MOS晶体管的总剂量效应

为了研究电子辐照导致CCD参数退化的损伤机理,以及CCD内不同沟道宽长比的NMOSFET的辐射效应,将与CCD同时流片的两种不同沟道宽长比的深亚微米NMOSFET进行电子辐照实验。分析了电子辐照导致NMOSFET阈值电压和饱和电流退化的情况,以及器件的辐射损伤敏感性。实验结果表明,电子辐照导致两种NMOSFET器件的参数退化情况以及辐射损伤敏感性类似。导致器件参数退化的主要原因是界面陷阱电荷,同时氧化物陷阱电荷表现出了一定的竞争关系。实验结果为研究CCD电子辐照导致的辐射效应提供了基础数据支持。

CMOS图像传感器单粒子效应及加固技术研究进展

互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)在空间应用时会受到单个粒子辐照影响,这通常会导致CIS采集图像出现异常,严重时会导致器件功能失效。本文从不同粒子的角度:重离子、质子、电子和中子,从CIS容易发生的单粒子效应类型:单粒子瞬态(Single Event Transient,SET)、单粒子翻转(Single Event Upset,SEU)、单粒子闩锁(Single Event Latchup,SEL)、单粒子功能中断(Single Event Functional Interrupt,SEFI)等方面综述了CIS单粒子效应研究进展。简要介绍了CIS单粒子效应加固技术研究进展。分析总结了目前CIS单粒子效应及加固技术中亟待解决的问题,为今后深入开展相关研究提供理论参考。