为了深入研究 H2和 H2O进入氧化层后对双极器件辐射效应的影响机制, 以栅控双极晶体管为研究载体, 分别开展了不同浓度 H2浸泡中的辐照试验和温湿度试验后的总剂量辐照试验。试验结果表明, 随着氢气浸泡浓度的增加, 器件的抗辐射能力逐渐降低; 而温湿度试验后, 由于水汽的进入, 器件在随后的辐照试验过程中辐射损伤呈增大趋势。在此基础上, 利用栅控栅扫描法进行氧化层辐射感生缺陷的定量分离, 发现 H2和 H2O进入器件氧化层后, 均会造成辐射感生界面陷阱电荷 Nit的增加, 并在一定程度上降低辐射感生氧化物陷阱电荷 Not的量, 结合理论分析进一步给出了 H2和 H2O造成器件损伤增强的潜在机制。研究成果对于辐射环境用电子系统的抗辐射性能评价和应用具有参考意义。

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。

针对锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT), 采用半导体三维器件数值仿真工具, 建立单粒子效应三维损伤模型, 研究 SiGe HBT单粒子效应的损伤机理, 以及空间极端环境与器件不同工作模式耦合作用下的单粒子效应关键影响因素。分析比较不同条件下离子入射器件后, 各端口瞬态电流的变化情况, 仿真实验结果表明, 不同工作电压下, 器件处于不同极端温度、不同离子辐射环境, 其单粒子瞬态的损伤程度有所不同, 这与器件内部在不同环境下的载流子电离情况有关。

异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管 (SiGe HBT)具有良好的温度特性，可承受-180~+200 ℃的极端温度，在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而，SiGe HBT器件由于材料和工艺结构的新特征，其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。本文详述了 SiGe HBT的空间辐射效应研究现状，重点介绍了国产工艺 SiGe HBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。研究表明，SiGe HBT作为双极晶体管的重要类型，普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力，但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。由于工艺的不同，国产 SiGe HBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。

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。

用简单地调节泵功率的方法, 实现了独立、连续地调整输出方波脉冲的振幅和宽度。采用了双泵结构, 其中一个泵用来调节输出脉冲的宽度, 另一个泵用来调整幅度; 提出并实现了一种8字形双泵被动锁模光纤激光器。仿真结果表明, 该被动锁模光纤激光器可以产生幅度可调的方波脉冲。这一结果将有助于纳秒方波脉冲机理的进一步研究。

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。

对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)进行了单粒子效应激光微束辐照试验，观测SiGe HBT单粒子效应的敏感区域，测试不同外加电压和不同激光能量下SiGe HBT集电极瞬变电流和电荷收集情况，并结合器件结构对试验结果进行分析。试验结果表明：国产SiGe HBT位于集电极/衬底结内的区域对单粒子效应敏感，波长为1064 nm的激光在能量约为1.5 nJ时诱发SiGe HBT单粒子效应，引起电流瞬变。入射激光能量增强，电流脉冲增大，电荷收集量增加；外加电压增大，电流脉冲的波峰增大；SiGe HBT的单粒子效应与外加电压大小和入射激光能量都相关，电压主要影响瞬变电流的峰值，而电荷收集量主要依赖于入射激光能量。