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。

分析了国产运算放大器LM124的总剂量辐射效应统计规律。基于同一批次80个样本辐照前和100 Gy、200 Gy、500 Gy、1 000 Gy、1 500 Gy五个总剂量点辐照后的实验数据进行了分析，发现LM124的输入偏置电流退化呈对数正态分布特性，中位数随总剂量在3.6~7 nA范围内线性变化，总剂量增大，参数分散性增大。辐射损伤与初值存在线性正相关性，给出了参数的计算方法。100~1 500 Gy五个总剂量点线性系数α分别为0.24、0.31、0.5、0.77、1.07，α随总剂量的变化也呈线性。从物理上解释了初值依赖性的机理，即EB结上方氧化层质量决定了器件总剂量辐照响应的差异性(初值依赖性)。该研究成果可以有效支撑基于LM124电路或者整机的辐射可靠性定量评估，对双极型器件的总剂量效应加固筛选具有参考价值。

太空环境中的电离辐射会导致CMOS图像传感器性能退化, 甚至造成永久性损毁。文章对CMOS图像传感器抗电离辐射加固技术进行了研究, 从版图设计、电路设计等方面提出相应的抗辐射策略, 并进行了总剂量和单粒子试验。试验结果表明, 采用抗辐射加固技术设计制作的CMOS图像传感器具备抗总剂量和单粒子辐射能力, 当总剂量达到100krad(Si)、单粒子辐射总注量达到1×107p/cm2时, 器件的关键指标变化符合预期要求。

光电耦合器的核心模块是光电探测芯片。介绍了一种抗辐照光电探测芯片的设计，该电路基于 0.5 μm标准互补金属氧化物半导体 (CMOS)工艺研制，内部包含跨阻放大器 (TIA)、基准源和比较器等模块电路，并通过电路结构和版图设计进行抗辐照加固。测试结果表明，抗总剂量能力达到 200 krad(Si)，同时，该芯片数据传输速率可达 10 MBd，其输入高电流范围为 6~18 mA。

使用原子层淀积方法得到了7.8 nm厚度的HfO2薄膜并通过直接溅射金属铝电极得到了Al/HfO2/Si MOS电容结构, 测量得到了HfO2基MOS结构在60Co γ射线辐照前后的电容-电压特性, 使用原子力显微镜得到了HfO2薄膜在辐照前后的表面微观形貌, 使用X射线光电子能谱方法测量得到了HfO2薄膜在辐照前后的化学结构变化。研究发现, 使用原子层淀积方法制备的HfO2薄膜表面质量较高; γ射线辐照在HfO2栅介质中产生了数量级为1012 cm-2的负的氧化层陷阱电荷; HfO2薄膜符合化学计量比, 介质内部主要的缺陷为氧空位且随着辐照剂量的增加而增加, 说明辐照在介质中引入了陷阱从而导致MOS结构性能的退化。

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。

采用60Co-γ射线对像增强型图像传感器进行了总剂量辐照实验, 以便评估该器件在空间总剂量辐照下的微光探测性能。当总剂量达到预定剂量点时, 采用离线测试的方法定量测试了器件的光响应度变化情况。实验结果表明, 随着辐照总剂量的增加, 器件的光响应度迅速下降; 当总剂量达60 krad(Si)时, 相对光响应度降低至辐照前的6%。根据像增强型图像传感器的构成, 分析了光响应度下降的原因, 并推导了光响应度随辐照剂量变化的经验公式。实验显示, 提高像增强型图像传感器的增益电压可补偿光响应度的衰减, 总剂量达25 krad(Si)时, 增益提高0.23 V其光响应度即可恢复至未接受辐照前的100%, 并保持良好的微光探测能力。研究表明, 像增强型图像传感器可承受25 krad(Si)的总剂量辐射。

介绍了抗辐射加固设计使用的总剂量辐照效应模型, 研究了它在时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)电荷转移效率参数衰减中的应用, 并通过不同剂量60Co γ辐照试验, 验证了该模型在TDI-CCD器件抗辐射加固设计中的应用价值。

对商用三极管和MOS场效应晶体管进行了不同环境温度下的总剂量辐照实验, 对比了不同辐照温度对这两种器件辐射效应特性的影响。实验结果表明, 对于同一辐照总剂量, 三极管的基极电流、电流增益和MOS场效应晶体管的阈值电压漂移值都随着辐照温度的不同而存在较大的差异。总剂量为100 krad, 辐照温度分别为25, 70, 100 ℃时, NPN三极管的电流增益倍数分别衰减了71, 89和113, 而NMOS晶体管的阈值电压VT分别减少了3.53, 2.8, 2.82 V。