PREF装置是中国科学院新疆理化技术研究所与近代物理研究所联合设计建造的10～60 MeV质子同步加速器，属于国内唯一的位移损伤效应模拟试验专用装置。针对该装置的扫描磁铁电源输出电流频率200 Hz、跟踪误差小于≤±5×10⁻³的技术要求，采用三组H桥串联拓扑方案，通过移相控制，基于脉宽调制实现技术要求。经仿真与测试结果表明：电源能够输出峰-峰值为±420 A，幅值与频率均连续可调的高精度三角波电流，满足工程应用要求。

在基体上浇筑新拌砂浆是常见的修补与加固措施。当新拌砂浆与基体含水状态差异较大时, 会发生水分交换改变修补砂浆配合比, 并影响修补砂浆水化进程、微观特征、渗透性以及修补材料与基体间的粘结性能。对此, 利用称重法研究了新拌普通砂浆、应变硬化水泥基复合材料(SHCC)与不同初始含水饱和度旧砂浆基体(0、30%、70%和100%)粘结时的水分交换过程, 分析了修补砂浆类型和基体初始含水饱和度对水分交换速度、修补砂浆最终水胶比等的影响。通过力学试验、低场核磁共振技术和称重法进一步研究了水分交换对标准养护后修补砂浆与基体粘结强度、修补砂浆微结构和吸水性能的影响规律。结果表明: 在水分交换早期, 非饱和基体单位面积吸水质量与时间平方根存在良好的线性关系。基体含水饱和度为0时, SHCC或普通砂浆与基体间的界面剪切强度最高。SHCC作为修补材料与基体间的界面剪切强度普遍大于普通砂浆。随着基体饱和度的增大, 普通砂浆的孔隙率、小孔体积分数、毛细吸水系数逐渐增大, 中孔和大空隙的体积分数逐渐减小。随着基体饱和度的增大, SHCC孔隙率、中孔和大空隙的体积分数逐渐减小, 小孔体积分数和毛细吸水系数变化幅度较小。

通过60Co γ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。

对不同龄期、水灰比的海水海砂砂浆(SSM)试块开展了抗压、抗折强度测试, 通过称重法研究了水灰比、龄期及水温对SSM毛细吸水性能的影响, 并基于低场核磁共振技术研究了SSM力学、毛细吸水性能与微观结构的关系, 最后将基于多孔介质毛细管吸水模型计算的代表性毛细管直径与基于低场核磁横向弛豫时间估算的砂浆孔隙直径进行了对比分析与讨论。结果表明, SSM前3天强度发展较快, 水灰比为0.4的SSM试块养护3 d时的抗压、抗折强度分别为养护28 d时的56.2%、70.3%。当水温从20 ℃升至40 ℃时, 水灰比为0.4、养护28 d的SSM试件毛细吸水系数增大1.2倍。长期一维吸水过程中, 试件单位面积累计毛细吸水量与吸水时间的0.25次幂呈线性关系。随龄期增长, SSM试件孔隙率呈减小趋势。基于毛细管吸水模型得出的代表性毛细管直径与基于低场核磁横向弛豫时间估算的砂浆孔隙直径较为接近。

电荷耦合器件(CCD)是用于空间光电系统可见光成像的图像传感器, 在空间应用环境下受辐射效应作用导致 CCD性能退化甚至失效。对于 CCD空间辐射效应的地面模拟试验研究, 辐照试验中 CCD采用合适的偏置条件是分析其空间辐射损伤的必要措施。由于 CCD对质子辐照导致的电离总剂量效应和位移损伤效应均非常敏感, 因此针对 CCD空间应用面临的电离总剂量效应和位移损伤效应威胁, 开展不同辐照偏置下 CCD的辐射效应及损伤机理研究。针对一款国产埋沟 CCD器件, 开展不同偏置条件下的 γ射线和质子辐照试验, 获得了 CCD的暗电流、光谱响应等辐射敏感参数的电离总剂量效应, 位移损伤效应退化规律以及辐照偏置对 CCD辐射效应的影响机制。研究表明, γ射线辐照下 CCD的偏置产生重要影响, 质子辐照下没有明显的偏置效应。根据 CCD结构和辐照后的退火试验结果, 对 CCD的辐射效应损伤机理进行分析。

开展不同温度下碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)总剂量效应研究。采用 60 Coγ射线对三款国内外生产的 SiC MOSFET器件进行总剂量辐照试验, 获得器件阈值电压、击穿电压、导通电阻、漏电流等参数分别在 25 ℃,100 ℃,175 ℃下的辐射损伤特性, 比较器件在不同温度下辐照后器件的退化程度。仿真实验结果表明, 不同器件的阈值电压、静态漏电流以及亚阈特性等辐射损伤变化都表现出对环境温度的敏感性, 而导通电阻、击穿电压等则相对不敏感。此外 SiC MOSFET总剂量辐射响应特性对环境温度的敏感性, 还随生产厂家的不同而呈现明显差异性。分析认为, 在其他条件相同情况下, 器件的阈值电压、静态漏电等参数的退化程度随着辐照温度的升高而降低, 主要是由于高温辐照时器件发生隧穿退火效应引起。

针对纳米金属-氧化物-半导体(MOS)器件中采用的高介电常数 HfO2栅介质, 开展电离总剂量效应对栅介质经时击穿特性影响的研究。以 HfO2栅介质 MOS电容为研究对象, 进行不同栅极偏置条件下 60 Co-γ射线的电离总剂量辐照试验, 对比辐照前后 MOS电容的电流-电压、电容-电压以及经时击穿特性的测试结果。结果显示, 不同的辐照偏置条件下, MOS电容的损伤特性不同。正偏辐照下, 低栅压下的栅电流显著增大, 电容电压特性的斜率降低; 零偏辐照下, 正向高栅压时栅电流和电容均显著增大; 负偏辐照下, 栅电流均有增大, 正向高栅压下电容增大, 且电容斜率降低。3种偏置下, 电容的经时击穿电压均显著减小。该研究为纳米 MOS器件在辐射环境下的长期可靠性研究提供了参考。

总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。由于背栅端口的存在， SOI器件存在新的总剂量效应加固途径，对于全耗尽 SOI器件，利用正背栅耦合效应，可通过施加背栅偏置电压补偿辐照导致的器件参数退化。本文研究了总剂量辐照对双埋氧层绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)总剂量损伤规律及背栅偏置调控规律，分析了辐射导致晶体管电参数退化机理，建立了 DSOI晶体管总剂量效应模拟电路仿真器(SPICE)模型。模型仿真晶体管阈值电压与实测结果≤6 mV，同时根据总剂量效应模型给出了相应的背栅偏置补偿模型，通过晶体管背偏调控总剂量效应 SPICE模型仿真输出的补偿电压与试验测试结果对比，N型金属氧化物半导体场效应晶体管 (NMOSFET)的背偏调控模型误差为 9.65%， P型金属氧化物半导体场效应晶体管 (PMOSFET)为 5.24%，该模型可以准确反映 DSOI器件辐照前后阈值特性变化，为器件的背栅加固提供参考依据。