崔旭 1,2,3崔江维 1,2,3郑齐文 1,2,3魏莹 1,2,3[ ... ]郭旗 1,2,3
1 中国科学院 新疆理化技术研究所 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室, 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院 新疆理化技术研究所 新疆电子信息材料与器件重点实验室, 乌鲁木齐 830011
3 中国科学院大学, 北京 100049
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。
体硅nFinFET 总剂量辐射效应 辐照偏置 bulk silicon nFinFET total ionizing dose effect irradiation bias
1 中国科学院新疆理化技术研究所, 新疆乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学, 北京 100049
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。
电荷耦合器件 电离总剂量效应 位移损伤效应 偏置条件 Charge-Coupled Devices total ionizing dose effect displacement damage effect bias conditions 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(9): 915
1 中国科学院新疆理化技术研究所中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011
2 新疆电子信息材料与器件重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院微电子研究所，北京 100029
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。
双埋氧层绝缘体上硅 总剂量辐照 背偏调控 模型 DoubleSilicon On Insulator Total Dose Irradiation back gate bias control model 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(6): 549
1 中国科学院新疆理化技术研究所 特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学，北京 100049
3 北京理工大学 光电学院，北京 100081
为了探究850 nm高速垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL）在空间辐射环境中的退化规律与机制，开展了10 MeV质子和γ-射线辐照实验，获得了光功率和阈值电流退化规律，分析了辐射导致VCSEL参数退化的物理机理，此外，还开展了236 h的电注入退火研究。研究结果表明：VCSEL对γ射线导致的总剂量效应不敏感，且在一定剂量范围内光电特性由于沉积能量促进了量子阱界面附近的晶体有序而产生了一定程度的恢复：但是在质子辐照下，VCSEL的阈值电流和外量子效率发生了不同程度的退化，计算获得阈值电流损伤因子为1.468×10−15 cm2/p。经过20 mA注入增强退火后，阈值电流恢复了20%，25 mA注入电流下，光输出功率恢复了10%。阈值电流和外量子效率的退化归因于质子辐照引入的非辐射复合中心。这些实验结果为VCSEL及包含VCSEL的数据通信与仪器的系统在恶劣空间辐射环境下的应用提供支持。
VCSEL 辐射效应 位移损伤 退火 VCSEL radiation effects displacement damage annealing 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210326
1 中国科学院 新疆理化技术研究所 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011
2 新疆电子信息材料和器件重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011
3 中国科学院大学，北京 100049
互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器应用于空间时容易受到空间质子辐照影响。在地面对某国产商用CMOS图像传感器开展质子辐照试验，试验中通过离线和在线采集图像两种方法研究其累积辐射效应和单粒子效应。通过分析辐照后暗信号变化研究质子诱导累积辐射效应，并从总剂量和位移损伤两方面分析了暗信号分布规律和产生机理。在线采集图像表明：质子诱导CMOS图像传感器像素单元单粒子现象包括瞬态亮点、瞬态亮斑和瞬态亮线。结合质子和CMOS图像传感器相互作用物理过程解释上述不同形状单粒子瞬态现象产生机理。试验中没有观察到CMOS图像传感器外围电路出现质子诱导的单粒子闩锁和单粒子功能中断现象。
红外与激光工程
2020, 49(7): 20190433
中国科学院新疆理化技术研究所 固体辐射物理研究室，新疆 乌鲁木齐 830011
为了分析恶劣空间辐射环境导致星敏感器性能退化、姿态测量精度降低的原因，深入研究了辐射环境下互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）图像传感器辐射损伤对星敏感器性能退化的影响。该方法通过建立空间辐射和CMOS图像传感器辐射损伤敏感参数、星敏感器性能参数之间的相关性，揭示了CMOS 图像传感器器件参数退化到星敏感器系统参数退化的传递机制。60Co-γ辐照试验表明：辐照后，系统信噪比的降低导致星敏感器星等探测灵敏度的降低，信噪比是联系CMOS图像传感器和星敏感器系统之间的桥梁。质子辐照试验表明：当辐照注量大于3.68×1010 p/cm2时，已无法正确提取星点质心。该研究结果为星敏感器在轨姿态测量误差预测和修正技术的研究奠定了一定的基础，更可以为高精度星敏感器的设计提供一定的理论依据。
星敏感器 CMOS图像传感器 辐射损伤 性能退化 star sensor CMOS image sensor radiation damage performance degradation 红外与激光工程
2020, 49(5): 20190555
1 中国科学院 新疆理化技术研究所, 中国科学院 特殊环境功能材料与器件重点实验室, 新疆电子信息材料与器件重点实验室, 新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 云南师范大学 能源与环境科学学院, 云南 昆明 650500
4 新疆大学 物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
为研究GaAsN/GaAs量子阱在电子束辐照下的退化规律与机制, 对GaAsN/GaAs量子阱进行了不同注量(1×1015, 1×1016 e/cm2)1 MeV电子束辐照和辐照后不同温度退火(650, 750, 850 ℃)试验, 并结合Mulassis 仿真和GaAs能带模型图对其分析讨论。结果表明, 随着电子注量的增加, GaAsN/GaAs量子阱光学性能急剧降低, 注量为1×1015 e/cm2和1×1016 e/cm2的电子束辐照后, GaAsN/GaAs量子阱PL强度分别衰减为初始值的85%和29%。GaAsN/GaAs量子阱电子辐照后650 ℃退火5 min, 样品PL强度恢复到初始值, 材料带隙没有发生变化。GaAsN/GaAs量子阱辐照后750 ℃和850 ℃各退火5 min后, 样品PL强度随退火温度的升高不断减小, 同时N原子外扩散使得样品带隙发生约4 nm蓝移。退火温度升高没有造成带隙更大的蓝移, 这是由于进一步的温度升高产生了新的N—As间隙缺陷, 抑制了N原子外扩散, 同时导致GaAsN/GaAs量子阱光学性能退化。
稀氮 光致发光 电子辐照 退火 dilute nitride photoluminescence electron irradiation GaAsN GaAsN annealed
1 中国科学院新疆理化技术研究所，新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学，北京 100049
针对红外探测器在空间应用中受到高能粒子辐照后暗电流退化的问题，开展γ射线对中波碲镉汞(HgCdTe)光伏器件暗电流影响的研究。在室温和77 K温度下，利用60Co-γ射线对HgCdTe器件进行辐照试验，辐照试验结束后对低温辐照器件进行77 K低温退火和室温退火。通过比较γ辐照前后和退火后器件的I-V特性、R-V特性和零偏动态电阻R0参数，分析了γ辐照对HgCdTe器件暗电流的影响机制。试验结果表明：在总剂量为7 Mrad(Si)照条件下，器件暗电流未出现明显的退化；在77 K温度辐照条件下，器件暗电流随着总剂量的增加而增加，且暗电流退化幅度与辐照过程中的偏置有关。研究表明暗电流的退化源于γ辐照在器件中造成电离损伤，导致器件HgCdTe化层中的界面态和空穴陷阱电荷密度增加。
碲镉汞(HgCdTe)光伏器件 红外探测器 辐射效应 γ射线 暗电流 HgCdTe photovoltaic devices IR detector radiation effect γ-ray dark current 红外与激光工程
2019, 48(9): 0916001
1 中国科学院 特殊环境功能材料与器件重点实验室, 新疆电子信息材料与器件重点实验室,中国科学院 新疆理化技术研究所, 新疆 乌鲁木齐 830011
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 新疆大学 物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
4 中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
为研究键合四结太阳电池中In0.53Ga0.47As子电池在高注量电子辐照下的性能退化规律与机制, 对In0.53Ga0.47As单结太阳电池进行了高注量1 MeV电子辐照试验, 并结合等效位移损伤剂量理论和数值拟合方法对电池性能的退化进行了分析讨论。结果表明, 在1 MeV电子辐照下, 非电离能损(NIEL)值在电池活性区内随着电子入射深度的增加不断增大; 开路电压Voc、短路电流Isc等重要I-V特性参数随着辐照注量的增加均发生了不同程度的退化, 注量达到6×1016 e/cm2时, 电池光电转化效率为零, 电池失效。光谱响应方面, 注量小于4×1016 e/cm2时, 长波区域退化程度明显比短波区域严重; 注量大于4×1016 e/cm2时, 长波区域退化程度与短波区域基本相同。辐照位移损伤引起的光生少数载流子扩散长度减小和载流子去除效应是导致电池性能退化的主要原因。
InGaAs单结太阳电池 高注量电子 位移损伤 载流子寿命 载流子去除效应 InGaAs single junction solar cell high fluence electron displacement damage carrier lifetime carrier removal effect
