• 2022年第20卷第9期文章目次
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    • >专栏:半导体材料、器件、电路与集成微系统的辐射效应
    • SiGe HBT单粒子效应关键影响因素数值仿真

      2022, 20(9):869-876. DOI: 10.11805/TKYDA2021439

      摘要 (24) HTML (18) PDF 2.96 M (2005) 评论 (0) 收藏

      摘要: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。

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    • 浮栅器件的单粒子翻转效应

      2022, 20(9):877-883. DOI: 10.11805/TKYDA2021440

      摘要 (55) HTML (18) PDF 2.86 M (1906) 评论 (0) 收藏

      摘要: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。

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    • SiC JBS二极管和SiC MOSFET的空间辐照效应及机理

      2022, 20(9):884-896. DOI: 10.11805/TKYDA2021444

      摘要 (392) HTML (31) PDF 6.27 M (2071) 评论 (0) 收藏

      摘要: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。

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    • H2和H2O对双极器件抗辐射性能的影响规律和机制

      2022, 20(9):897-902. DOI: 10.11805/TKYDA2022003

      摘要 (19) HTML (30) PDF 2.17 M (1926) 评论 (0) 收藏

      摘要: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。

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    • 电离总剂量效应对HfO2栅介质经时击穿特性影响

      2022, 20(9):903-907. DOI: 10.11805/TKYDA2022007

      摘要 (14) HTML (12) PDF 1.81 M (1864) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对纳米金属-氧化物-半导体(MOS)器件中采用的高介电常数HfO2栅介质,开展电离总剂量效应对栅介质经时击穿特性影响的研究。以HfO2栅介质MOS电容为研究对象,进行不同栅极偏置条件下60Co-γ射线的电离总剂量辐照试验,对比辐照前后MOS电容的电流-电压、电容-电压以及经时击穿特性的测试结果。结果显示,不同的辐照偏置条件下,MOS电容的损伤特性不同。正偏辐照下,低栅压下的栅电流显著增大,电容电压特性的斜率降低;零偏辐照下,正向高栅压时栅电流和电容均显著增大;负偏辐照下,栅电流均有增大,正向高栅压下电容增大,且电容斜率降低。3种偏置下,电容的经时击穿电压均显著减小。该研究为纳米MOS器件在辐射环境下的长期可靠性研究提供了参考。

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    • 环境温度对SiC MOSFET的总剂量辐射效应影响

      2022, 20(9):908-914. DOI: 10.11805/TKYDA2022008

      摘要 (56) HTML (13) PDF 2.18 M (1953) 评论 (0) 收藏

      摘要:开展不同温度下碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)总剂量效应研究。采用60Coγ射线对三款国内外生产的SiC MOSFET器件进行总剂量辐照试验,获得器件阈值电压、击穿电压、导通电阻、漏电流等参数分别在25 ℃,100 ℃,175 ℃下的辐射损伤特性,比较器件在不同温度下辐照后器件的退化程度。仿真实验结果表明,不同器件的阈值电压、静态漏电流以及亚阈特性等辐射损伤变化都表现出对环境温度的敏感性,而导通电阻、击穿电压等则相对不敏感。此外SiC MOSFET总剂量辐射响应特性对环境温度的敏感性,还随生产厂家的不同而呈现明显差异性。分析认为,在其他条件相同情况下,器件的阈值电压、静态漏电等参数的退化程度随着辐照温度的升高而降低,主要是由于高温辐照时器件发生隧穿退火效应引起。

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    • 不同偏置下CCD器件γ射线及质子辐射研究

      2022, 20(9):915-921. DOI: 10.11805/TKYDA2022009

      摘要 (289) HTML (10) PDF 2.39 M (1944) 评论 (0) 收藏

      摘要: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。

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    • HEMT器件质子辐射效应仿真

      2022, 20(9):922-926. DOI: 10.11805/TKYDA2022010

      摘要 (66) HTML (269) PDF 2.20 M (2000) 评论 (0) 收藏

      摘要:GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)器件具有抗高频、耐高温、大功率、抗辐射等特性,在核反应堆、宇宙探测等辐射环境中具有广阔的应用前景。借助SRIM软件仿真1.8 MeV质子辐射对不同AlGaN势垒层纵向尺寸下的常规耗尽型器件内部产生空位密度的影响,并观察空位密度随深度的变化规律。在最优AlGaN势垒层厚度条件下,通过仿真对比5种不同栅氧层材料的MIS-HEMT器件,发现氮化铝(AlN)栅氧层材料具有相对较好的抗辐射效果。

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    • >太赫兹科学技术
    • 非相干光子辅助太赫兹通信系统综述

      2022, 20(9):927-933. DOI: 10.11805/TKYDA2021212

      摘要 (82) HTML (20) PDF 1.03 M (362) 评论 (0) 收藏

      摘要:太赫兹通信技术以其丰富的频谱资源已成为未来6G移动通信实现“通信全频谱”的关键候选技术。由于结构简单、易集成、低成本和低功耗等独有优势,基于包络检波方式的非相干光子辅助太赫兹通信系统受到研究者们的广泛关注与青睐。本文在总结非相干光子辅助太赫兹通信系统的结构、特点及其涉及的关键技术的基础上,介绍了近几年来国内外有关太赫兹包络检波器和基于包络检波器的非相干光子辅助太赫兹通信系统的研究现状和突出成果。此外,还对基于幅度调制和基于同相正交(IQ)调制的非相干光子辅助太赫兹通信系统分别进行了详细的论述,并比较了各自的优缺点。最后,展望了未来面向6G的非相干光子辅助太赫兹通信系统及其关键器件的发展方向。

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    • 基于石墨烯的太赫兹波调制器

      2022, 20(9):934-941. DOI: 10.11805/TKYDA2021260

      摘要 (46) HTML (19) PDF 5.14 M (437) 评论 (0) 收藏

      摘要:石墨烯由于其优异的电学性能,在微波、毫米波、太赫兹波等领域显示出潜在的应用前景。本文设计了毫米波和亚太赫兹波频段的基于石墨烯的相位和幅值波导调制器。该石墨烯调制器可以通过调节石墨烯的表面阻抗来调控电磁波在波导中传播的振幅和相位;分析了石墨烯片的长度和位置对电磁波在波导中的透射和反射系数的影响,同时还分析了石墨烯化学势对电磁波在波导中传输和反射的影响。结果表明,通过调节石墨烯片的长度及其在矩形金属波导中的位置,可以调控调制器的反射系数、透射系数和透射相位调制范围,并满足器件级应用需求。

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    • 太赫兹雷达宽带STAP算法研究

      2022, 20(9):941-945. DOI: 10.11805/TKYDA2021298

      摘要 (24) HTML (20) PDF 3.62 M (305) 评论 (0) 收藏

      摘要:太赫兹雷达可以对地面进行高帧率高分辨力成像,是太赫兹技术领域研究热点。针对太赫兹雷达宽带高分辨成像与地面动目标检测一体化实现需求,提出了一种基于宽带空时自适应处理(STAP)的地面运动目标检测算法,首次在机载太赫兹雷达上实现了同时对地高分辨雷达成像监视和多通道地面动目标指示(GMTI)检测。机载太赫兹雷达实测数据验证了算法的有效性。

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    • >探测制导、测控通信与电子对抗
    • 俯仰/滚转耦合的大角度姿态测量算法

      2022, 20(9):946-952. DOI: 10.11805/TKYDA2020404

      摘要 (27) HTML (13) PDF 4.84 M (394) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于加速度计或陀螺仪的测姿方法均存在大角度条件下姿态角误差放大、突变问题。对大俯仰角测量,通过预置欧拉旋转法可确定冗余加速度计的布置方式,降低了俯仰角测量误差。对大俯仰角条件下的滚转角测量,提出基于角速率阈值判定的陀螺解耦测姿算法。当俯仰角速率大于设定阈值时,采用角速度投影可钳制滚转角误差的漂移;当俯仰角速率小于设定阈值时,采用角速度积分可避免角速度投影造成的姿态误差放大。通过理论推导、分析和仿真,预置欧拉旋转法能有效避免大俯仰角条件下俯仰角姿态误差放大,陀螺解耦测姿算法能在振荡环境下长时间保持滚转角精确度。

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    • >电磁场与微波
    • 面向多功能综合射频系统的多通道全数字发信机

      2022, 20(9):953-958. DOI: 10.11805/TKYDA2019513

      摘要 (69) HTML (17) PDF 2.82 M (343) 评论 (0) 收藏

      摘要:多功能综合射频系统(MIRFS)是解决舰载、机载、星载等空间受限平台雷达、无线通信、电子战、导航定位等多种射频功能综合集成的重要途径,其核心是孔径综合、射频综合和软件综合。针对射频综合对MIRFS射频信道的多任务共用需求,提出一种多通道全数字发信机架构。该架构具有多个参数独立配置的数据通道,每个通道首先将输入基带I/Q数据数字正交上变频到一个合适的中频;然后利用2对带通增量求和调制器(BPDSM)分别对中频I/Q数据进行脉冲编码,产生2对反相数字脉冲序列。对所有通道产生的BPDSM脉冲序列进行内插,最后通过数据交织合并为1路数字脉冲序列,从而实现对多路射频调制信号的数字综合。仿真表明,通过对多个通道参数的独立配置,该架构可提高MIRFS的灵活性和适应性。

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    • 基于人工磁导体的低RCS微带天线设计

      2022, 20(9):959-964. DOI: 10.11805/TKYDA2020420

      摘要 (32) HTML (19) PDF 4.49 M (431) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于人工磁导体(AMC)的工作机理,设计了一款工作频率在X波段的低雷达散射截面(RCS)微带天线。设计了一种AMC单元,经XY极化波垂直入射在8.6~14.6 GHz的频带范围内,获得180°±37°的反射相位差;将其进行正交排列组成AMC棋盘结构的反射屏,反射屏中AMC阵列块由3×3的单元组成。仿真结果显示,该反射屏较相同尺寸的PEC板具有更小的后向RCS,将此AMC结构与工作频点为10 GHz的微带天线共面排布,在保持原有天线良好辐射性能和剖面高度的同时,在8.4~14.8 GHz的频率范围内对两种极化波垂直入射实现了不低于7.5 dB的RCS缩减量。

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    • >信号与信息处理、计算机与控制
    • 链接文档中基于子空间分解的高效谱聚类算法

      2022, 20(9):965-972. DOI: 10.11805/TKYDA2020183

      摘要 (7) HTML (15) PDF 1.87 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于子空间分解的高效谱聚类算法。首先,基于共识信息和特定域信息的矩阵分解将链接文档划分为3个子空间,然后对子空间添加正则化项建模共识信息和特定域信息对聚类的不同影响,并采用交替优化方法实现谱聚类。考虑到谱聚类的复杂性,提出了一种带曲线搜索的梯度下降法加速求解过程。3个真实数据集上的实验结果表明,所提算法在聚类质量和效率方面始终明显优于目前典型的基线算法,且对输入参数不敏感。

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    • >微电子、微系统与物理电子学
    • 基于瑞利判据的分幅相机空间调制传递函数

      2022, 20(9):973-977. DOI: 10.11805/TKYDA2021368

      摘要 (22) HTML (13) PDF 4.05 M (311) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据脉冲展宽分幅相机原理和瑞利判据思想,通过建立研究模型、模拟磁场分布、追踪电子轨迹和成像分布直方图统计及其高斯拟合,采用瑞利判据计算脉冲展宽分幅相机轴上空间分辨力和成像调制度。研究结果显示,基于瑞利判据通过相邻物点成像分布计算脉冲展宽分幅相机空间调制传递函数是可行的,当阴极轴上相邻物点分别发射10 000个电子时,两物点完全分辨的成像调制度为98.573 2%,空间分辨力为194.523 7 μm;恰能分辨的调制度为19.16%,空间分辨力为73.22 μm;不能分辨的成像调制度为0.14%,空间分辨力为4.57 μm。研究结论为二维超快诊断设备空间调制传递函数的计算提供了一种直观的解决方法。

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    • X射线辐照下材料电子发射特性的模拟

      2022, 20(9):978-983. DOI: 10.11805/TKYDA2020096

      摘要 (24) HTML (22) PDF 3.47 M (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:稳态X射线管是一种重要的X射线辐照模拟装置,在辐照效应等研究领域有重要应用。采用蒙特卡罗模拟方法计算了50 kV,150 kV和225 kV管电压下的X射线能谱,并对X射线辐照下电子发射进行了模拟;研究了准直孔直径分别为2 mm,4 mm和6 mm条件下X射线的焦斑分布和电子发射弥散情况,以及不同能谱的X射线轰击到聚乙烯、聚酰亚胺、Si、SiO2、Cu、Ta和W等样品上产生的电子发射能谱和电流强度等特性,为X射线辐照下材料电子发射特性的实验研究和设计提供一定的理论基础和指导。

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