基于第六代 650 V碳化硅结型肖特基二极管 (SiC JBS Diode)和第三代 900 V碳化硅场效应晶体管 (SiC MOSFET), 开展 SiC功率器件的单粒子效应、总剂量效应和位移损伤效应研究。 20~80 MeV质子单粒子效应实验中, SiC功率器件发生单粒子烧毁 (SEB)时伴随着波浪形脉冲电流的产生, 辐照后 SEB器件的击穿特性完全丧失。 SiC功率器件发生 SEB时的累积质子注量随偏置电压的增大而减小。利用计算机辅助设计工具 (TCAD)开展 SiC MOSFET的单粒子效应仿真, 结果表明, 重离子从源极入射器件时, 具有更短的 SEB发生时间和更低的 SEB阈值电压。栅 -源拐角和衬底 -外延层交界处为 SiC MOSFET的 SEB敏感区域, 强电场强度和高电流密度的同时存在导致敏感区域产生过高的晶格温度。 SiC MOSFET在栅压偏置 (UGS =3 V,UDS =0 V)下开展钴源总剂量效应实验, 相比于漏压偏置 (UGS =0 V,UDS =300 V)和零压偏置 (UGS =UDS =0 V), 出现更严重的电学性能退化。利用中带电压法分析发现, 栅极偏置下氧化层内的垂直电场提升了陷阱电荷的生成率, 加剧了阈值电压的退化。中子位移损伤会导致 SiC JBS二极管的正向电流和反向电流减小。在漏极偏置下进行中子位移损伤效应实验, SiC MOSFET的电学性能退化最严重。该研究为空间用 SiC器件的辐射效应机理及抗辐射加固研究提供了一定的参考和支撑。

基于中国原子能科学研究院的 HI-13加速器, 利用不同线性能量传输(LET)值的重离子束流对 4款来自不同厂家的 90 nm特征尺寸 NOR型 Flash存储器进行了重离子单粒子效应试验研究, 对这些器件的单粒子翻转(SEU)效应进行了评估。试验中分别对这些器件进行了静态和动态测试, 得到了它们在不同 LET值下的 SEU截面。结果表明高容量器件的 SEU截面略大于低容量的器件; 是否加偏置对器件的翻转截面几乎无影响; 两款国产替代器件的 SEU截面比国外商用器件高。国产替代器件 SEU效应的 LET阈值在 12.9 MeV·cm2/mg附近, 而国外商用器件 SEU效应的 LET阈值处于 12.9~32.5 MeV·cm2/mg之间。此外, 针对单粒子和总剂量效应对试验器件的协同作用也开展了试验研究, 试验结果表明总剂量累积会增加 Flash存储器的 SEU效应敏感性, 分析认为总剂量效应产生的电离作用导致了浮栅上结构中的电子丢失和晶体管阈值电压的漂移, 在总剂量效应作用的基础上 SEU更容易发生。

在直接数字式频率合成器(DDS)单粒子效应失效现象的基础上,研制了具备寄存器读写、功耗电流测试和输出效应波形捕获功能的DDS辐射效应在线测试系统,开展了DDS单粒子效应实验研究。结果表明,单粒子效应会导致DDS输出波形扰动,波形功能中断,功耗电流陡然增大。分析认为：DDS内部PLL模块发生单粒子瞬态和单粒子翻转,是引发波形扰动的主要原因; 内置DAC的主要功能寄存器翻转引发了输出波形功能中断; 电流增大是单粒子闭锁引起的。本项研究为国产DDS器件的加固和考核提供了一定的参考。

针对90 nm和65 nm DDR(双倍数率)SRAM器件，开展与纳米尺度SRAM单粒子效应相关性的试验研究。分析了特征尺寸、测试图形、离子入射角度、工作电压等不同试验条件对单粒子翻转(SEU)的影响和效应规律，并对现有试验方法的可行性进行了分析。研究表明:特征尺寸减小导致翻转截面降低，测试图形和工作电压对器件单粒子翻转截面影响不大；随着入射角度增加，多位翻转的增加导致器件SEU截面有所增大；余弦倾角的试验方法对于纳米器件的适用性与离子种类和线性能量转移(LET)值相关，具有很大的局限性。

在分析同步动态随机存储器(SDRAM)辐射效应主要失效现象的基础上，研制了具备了读写功能测试、刷新周期测试及功耗电流测试三种功能的SDRAM辐射效应在线测试系统，并开展了SDRAM的总剂量效应实验研究。结果表明，总剂量效应会导致SDRAM器件的数据保持时间不断减小，功耗电流不断增大以及读写功能失效。实验样品MT48LC8M32B2的功能失效主要由外围控制电路造成，而非存储单元翻转。数据保持时间虽然随着辐照剂量的累积不断减小，但不是造成该器件功能失效的直接原因。

基于蒙特卡罗软件Geant4，探讨质子与硅的库仑散射和核反应及中子与硅的核反应产生反冲原子沉积非电离能量的过程，建立质子和中子在硅中的非电离能量阻止本领计算方法。在此方法中，描述了原子间库仑散射的物理过程，模拟带电粒子与晶格原子之间的屏蔽库仑散射。计算得到不同能量质子和中子在硅中因库仑散射和核反应产生反冲原子的非电离能量沉积及阻止本领的等效性，计算结果与中子ASTM标准及文献计算得到的质子数据符合很好。

为了评估静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编程门阵列(FPGA)器件的单粒子效应，寻求单粒子翻转敏感部位，以XCV300PQ240为实验样品，利用重离子辐照装置详细测试了该器件的静态翻转截面，并根据配置存储单元用途的不同，对翻转数据进行了分类。结果表明：SRAM型FPGA的内部存储单元对单粒子翻转效应十分敏感；配置存储器翻转主要由查找表(LUT)及互连线资控制位造成，这两者的翻转占总翻转数的97.46%；配置存储器中各类资源的单粒子翻转(SEU)敏感性并不一致，输入输出端口(IOB)控制位和LUT的单粒子翻转的敏感性远高于其它几类资源，但LUT在配置存储器中占有很大比例，在加固时应予以重点考虑。

在调研静态随机访问存储器型现场可编程门阵列(FPGA)器件空间辐照效应失效机理的基础上,详细论述FPGA辐照效应测试系统内部存储器测试、功能测试及功耗测试的实现原理,给出了系统的软硬件实现方法。所建立的系统可以测试FPGA器件的配置存储器翻转截面、块存储器翻转截面、功能失效截面、闭锁截面等多个参数,其长线传输距离达到50 m以上,最大可测门数达到了100万门,为FPGA辐照效应研究提供了测试平台。