应用在空间辐射环境下的互补金属氧化物半导体图像传感器（CIS）会受到高能质子辐照损伤，导致性能退化，严重时甚至功能失效。为了分析CIS高能质子辐照损伤机理，本文以0.18 μm工艺CIS为研究对象，利用西安200 MeV质子应用装置开展了注量分别为1×10¹⁰、5×10¹⁰、1×10¹¹ p/cm²的100 MeV质子辐照实验。获得了单粒子瞬态响应的典型特征和暗信号、暗信号分布、暗信号尖峰及随机电码信号（RTS）等敏感参数的退化规律，揭示了不同偏置条件和不同注量下CIS高能质子辐照损伤的物理机制。实验结果表明：对暗信号而言，加偏置条件比未加偏置条件变化显著；质子辐照诱发的位移损伤和电离损伤引起暗信号的增大；位移损伤诱发的体缺陷诱发暗信号尖峰的产生，且随着辐照注量的增大而增多；空间电荷区中不同类型的体缺陷导致两能级和多能级RTS的产生。

为了评估电荷耦合器件（CCD）在空间科学探测以及航天卫星成像等空间辐射环境中应用的可靠性，揭示了CCD转换增益以及线性饱和输出等重要性能参数的退化机制及其实验规律。辐照实验在质子回旋加速器上进行，质子能量为60 MeV和100 MeV，质子注量分别为1×10¹⁰ cm^-2、5×10¹⁰ cm^-2和1×10¹¹ cm^-2。将CCD的主要性能参数在两个不同能量质子辐照后进行比较，实验结果表明，CCD的性能参数对质子辐照产生的电离损伤和位移损伤非常敏感，辐照后转换增益和线性饱和输出明显下降，且暗信号尖峰和暗电流明显增大。此外，分析了质子辐照CCD诱发的电离损伤和位移损伤，给出了CCD性能参数退化与质子辐照能量和注量的变化关系曲线。

文章首先重点介绍了国内外开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子、质子及其他辐射粒子或射线辐照实验的研究进展，然后从辐照损伤效应的仿真模拟研究、抗辐射加固技术、损伤预估方法等方面综述了GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应及加固技术的研究进展，最后梳理了当前GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应研究中亟待解决的关键技术问题，为深入开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应实验方法标准制定、损伤机理分析、在轨寿命预估及抗辐射加固技术研究提供了理论指导和实验技术支持。

为了研究空间辐照诱发的子电池GaAs相关参数的退化行为,以三结太阳电池的子电池GaAs为研究对象,开展了不同辐照条件下的质子辐照模拟研究,建立了子电池GaAs结构模型,得到了不同辐照能量和注量下短路电流、开路电压、转化因子、最大功率的退化结果。利用现有实验数据,验证了不同能量质子辐照诱发的子电池GaAs的归一化最大功率随质子注量的退化。结合子电池GaAs在不同辐照条件下的最大功率退化结果,得到了归一化最大功率随位移损伤剂量的退化方程。研究结果表明:质子辐照诱发的辐照缺陷是导致子电池退化的直接原因,子电池GaAs的短路电流、开路电压、转化因子和最大功率随质子注量的增加而逐渐退化。当质子注量大于1×10 ¹¹ cm ^-2时,子电池GaAs的归一化电学参数的退化幅度与质子注量的对数值近似成正比,电学参数的退化随质子辐照能量的减小而逐渐增加。质子辐照诱发的子电池GaAs的外量子效率在长波长范围内的退化情况比其在短波长范围内的退化情况更严重。

利用TCAD半导体器件仿真软件，详细分析了低能(1.8 keV)质子辐照剂量对低轨道卫星用高效插指背结背接触(IBC)单晶硅太阳电池转换效率的影响。通过转换效率及其退化特点的对比，得到质子辐照剂量与复合中心密度、陷阱密度之间的对应关系。在不同的质子辐照剂量情况下，深入分析了前表面场(FSF)结构和前表面浮空发射区结构(FFE)对太阳电池短路电流密度、开路电压及转换效率的影响，为质子辐照条件下太阳电池前表面结构提供了设计依据。仿真结果表明：当质子辐照剂量小于1×109 cm-2时，随着质子辐照剂量的增大，太阳电池转换效率几乎不变。当质子辐照剂量一定时，存在最优的FSF和FFE的掺杂浓度，使得太阳电池转换效率最高。在质子辐照剂量为0 cm-2和1×1010 cm-2时，FFE结构对应的峰值转换效率略低于FSF结构的情况。在质子辐照剂量为1×1011 cm-2时，FFE结构对IBC太阳电池转换效率的改善效果明显优于FSF结构的情况。

应用于空间的图像传感器在辐射影响下产生的热像素严重影响空间光电探测性能, 本文通过质子辐照试验研究了热像素的产生和变化规律。首先, 使用3 MeV和10 MeV两种能量的质子对图像传感器进行辐照, 分析不同能量、不同注量的质子辐照产生热像素的性质; 其次, 再对辐照后的器件进行退火试验, 分析热像素的退火规律。对于相同注量辐照, 3 MeV质子辐照下热像素产生率大约是10 MeV质子辐照下的2.3倍, 但是10 MeV质子辐照产生热像素的灰度值高于3 MeV质子; 辐照过程中热像素的数量都是随着注量的增加线性增加。退火过程中, 热像素数量都不断减少, 而3 MeV质子辐照产生的热像素相比于10 MeV质子, 退火更为显著。结果表明, 质子辐照下每个质子与器件之间的作用过程及产生缺陷的机制是相对独立的, 不同质子的作用过程之间没有相关性。不同能量的质子辐照产生缺陷的类型不同, 导致热像素具有不同特性。

热控涂层质子辐照的地面模拟研究中采用单一能量质子替代空间能量连续分布的质子，连续能量质子谱是其等效性研究的关键。提出了采用阶梯型脉冲负偏压鞘层加速技术在一个脉冲宽度内获得连续能量质子谱的方法，并利用质点网格法对所获得质子谱的剂量-能量关系进行了数值仿真研究，分析了连续能量质子谱的剂量-能量分布特征及连续能量质子谱的形成过程。结果表明: 阶梯型脉冲负偏压鞘层加速能够产生连续能量的质子谱，连续谱是每微秒区间入射到样品的质子叠加而成的，且每个区间所产生质子的能量与该区间电压值相对应，连续谱中，随着质子能量的增加，其剂量总体上呈现下降的趋势。

分析了高能电子、质子对4H-SiC的损伤机理, 建立了4H-SiC NMOS器件物理模型。电子、质子辐照效应模型。应用ISE-TCAD软件进行数值模拟计算, 得出在能量为2.5 MeV、注量为5×1013 cm-2的电子辐照及能量为6.5 MeV、注量为2×1014 cm-2的质子辐照下, 4H-SiC NMOS转移特性曲线和亚阈值漏电流曲线变化的初步规律。数值模拟结果与相同条件下Si NMOS实验结果吻合较好。

用J-2.5质子静电加速器提供的质子束, 对研制的一种高灵敏度新型辐射变色膜进行质子辐射响应研究。该变色膜以聚乙烯醇缩聚物为基质, 以类丁二炔化合物为有机染色材料, 质子能量为2.0 MeV, 辐照注量为1.0×1010～1.0×1012 cm-2。用光谱响应测试薄膜的辐射效应显示: 变色薄膜颜色由粉红渐变为蓝色, 并随着辐照剂量的增加而逐渐加深; 用图像分析仪分析辐照后靶材的光密度发现, 图像的光密度随聚焦斑距离的增大而减小; 用分光光度计测试其吸收光谱发现, 主吸收峰值出现在660 nm附近, 且吸收峰处的响应吸光度与质子注量具有较好的线性关系; 对新型变色薄膜辐照后持续效应的研究表明, 变色膜辐照后续效应微弱, 辐照后可以立即测量, 且对测量环境变化不敏感。

为了检验应用在极紫外波段空间太阳望远镜上Al滤光片在空间辐照环境下透过率的变化情况,用能量100 keV,剂量为6×1011/mm2的质子束对其进行辐照,利用透射电子显微镜分析了质子辐照前后滤光片的微观结构。实验结果表明:由于质子辐照使滤光片受质子侵蚀后,Al原子被击出发生质量损失,表面形态发生了变化,造成滤光片变薄,从而导致透过率由辐照前的12.1%增大到15.0%,且滤光片的薄厚分布不均匀使透过率曲线出现了次级峰,造成其光学性能的退化。