半导体激光器(LD)工作在空间辐射或核辐射环境中时, 会受到辐照损伤的影响而导致器件性能退化。文章回顾了不同时期研制的LD(从早期的GaAs LD到量子阱LD和量子点LD)在辐照效应实验方面的研究进展, 梳理了国际上开展不同辐射粒子或射线(质子、中子、电子、伽马射线)诱发LD辐射敏感参数退化的实验规律, 分析总结了当前LD辐照效应实验方法研究中亟待解决的关键技术问题, 为今后深入开展LD的辐照效应实验方法、退化规律、损伤机理及抗辐射加固技术研究提供理论指导和实验技术支持。

针对空间质子诱发CCD性能退化问题，开展了CCD质子辐照效应的三维蒙特卡罗模拟研究。采用三维蒙特卡罗软件Geant4模拟计算了不同能量质子在Si和SiO2中的射程及Bragg峰，分析了不同能量质子在材料中能量沉积的过程，并将模拟结果与相关数据进行对比，模拟误差在5%以内。根据质子与材料相互作用的物理过程，选取了合适的Lindhard分离函数，添加合适的物理过程，模拟计算了不同能量质子在SiO2中的电离能量损失和Si中的非电离能量损失，并将结果与国外相关数据进行对比。根据CCD的生产工艺参数，建立了单个像元的三维模拟模型，确定了质子辐照损伤的灵敏体积，模拟计算了不同能量质子在像元灵敏体积内的电离能量沉积与非电离能量沉积，分析了CCD不同能量质子的辐照损伤差异产生的机理。结合粒子输运计算结果与CCD质子辐照实验结果，分析了质子辐照诱发CCD辐射敏感参数退化的物理机制。

提出了光电图像传感器辐照效应参数测试需要解决的问题, 简述了光电图像传感器参数测试国际标准(EMVA1288)的原理和要求, 建立了基于EMVA1288国际标准的光电图像传感器辐照效应测试系统, 并进行了辐照试验验证。验证试验表明: 该系统能对光电图像传感器辐照前后的时域、空域和光谱类参数进行测试, 较好地解决了光电图像传感器辐照效应测试难题, 如测试效率、数据可比对、兼容和拓展性等, 具有较好的推广应用前景。

开展了4N49光电耦合器不同辐照偏置条件下的辐照实验,结果表明：电流传输比的下降幅度与辐照期间的偏置条件有关,处于工作状态的光电耦合器比短路状态的总剂量效应要弱,其根源是光电耦合器的LED施加了电流,而与光敏晶体管的偏置状态关系不大；电流传输比随偏置条件的变化关系是由初级光电流决定的,而CB区光响应度是初级光电流退化的主导因素。

互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素(APS)图像传感器作为光电成像系统的核心器件, 被广泛应用在空间辐射或核辐射环境中, 辐照损伤是导致其性能退化, 甚至功能失效的主要原因之一。阐述了不同辐射粒子或射线辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器产生位移效应、总剂量效应和单粒子效应的损伤物理机制。综述和分析了辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器暗信号增大、量子效率减小、饱和输出电压减小、噪声增大以及暗信号尖峰和随机电码信号(RTS)产生的实验规律和损伤机理。归纳并提出了CMOS APS图像传感器辐照损伤效应研究亟待解决的问题。

开展了光电耦合器在0.01, 0.1, 1.0和50 rad(Si)/s四种剂量率下的伽玛射线(60Coγ)辐照实验, 结果表明: γ辐照导致光电耦合器电流传输比下降, 辐照到相同总剂量, 电流传输比下降幅度基本上随剂量率的减小而增大。在不拆封破坏光电耦合器的情况下, 通过对光电耦合器中的发光二极管I-V特性、光敏晶体管增益及初级光电流的测试, 以及耦合介质传输损耗特性的分析, 证明了导致光电耦合器电流传输比退化的主导因素是光敏晶体管C-B区光响应度的下降。

选择了四种典型双极集成电路，在两种不同剂量率下，开展了不同温度的高温辐照加速实验，测量了典型双极集成电路的辐射敏感参数在不同高温辐照下的变化规律。实验结果表明：高温辐照能够给出空间低剂量率辐射损伤增强效应的保守估计，且存在最佳辐照温度，最佳辐照温度随总剂量的增加向低温区漂移，随剂量率的增大向高温区漂移，在相同剂量率和总剂量下，输入级为NPN晶体管的双极集成电路比输入级为PNP晶体管的最佳辐照温度低。

以解析公式的推导、位移损伤实验结果以及位移效应的数值模拟结果为基础，分析了位移效应产生的缺陷作为非辐射复合中心和多数载流子陷阱两种情形下的激光二极管阈值电流、外微分量子效率及IV特性随辐照注量的变化规律。通常的实验注量范围内，缺陷主要作为非辐射复合中心，导致激光二极管阈值电流随注量呈线性增大，但外微分量子效率基本不变，IV特性低压区电流增大；当辐照注量较高，引起明显的多数载流子去除效应时，阈值电流随注量的增大不再呈线性关系，同时外微分量子效率下降，IV特性高压区的电流减小。

选择3种典型光电耦合器开展了反应堆中子辐照实验，中子注量为3×1011~5×1012cm-2时，位移效应导致电流传输比下降，饱和压降提高。发光器件相同,探测器为Si PIN光电二极管的光电耦合器比探测器为Si NPN光敏晶体管的光电耦合器的初始电流传输比要小，但其抗位移损伤能力更强。探测器均为Si NPN光敏晶体管，发光器件为异质结LED要比硅两性掺杂LED的光电耦合器的电流传输比抗位移损伤能力提高2个量级；以光敏晶体管为探测器的光电耦合器，在较大的正向电流和输出负载电阻条件下工作可提高抗辐射水平。此外，光电耦合器的位移损伤存在加电退火效应。

研究5和2 MeV质子对法布里-珀罗(FP)腔结构及分布反馈(DFB)结构的多量子阱激光二极管的辐射效应,结果显示:在5×1012～5×1013 cm-2质子注量范围内,随着注量的增大,激光二极管阈值电流逐渐增大,电流-电压特性的低压区电流渐渐增大。由60Coγ总剂量实验结果推断:质子对实验器件的损伤源于质子位移效应。采用Trim程序的模拟结果表明:在2 MeV质子射程以内,2 MeV质子要比5 MeV质子产生的空位数多。这使得相同辐照注量下,2 MeV质子要比5 MeV质子导致的阈值电流增大更多,损伤更为严重。激光二极管辐射损伤存在着正向偏置退火效应,FP和DFB结构的二极管具有相似的加电退火规律,均可拟合成指数衰减形式,退火曲线可以分成退火常数不同的几段进行拟合。正向偏置退火效应使得辐照期间,处于加电状态的激光二极管比处于短路状态的激光二极管退化程度有所减弱。