3DG111F等四种双极晶体管空间总剂量效应研究

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1、航天器环境工程第27卷第6期698SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2010年12月3DGlllF等四种双极晶体管空间总剂量效应研究代佳龙，冯伟泉，赵春晴，沈自才，郑慧奇，丁义刚，刘宇明，牟永强(北京卫星环境』=程研究所，北京100094)摘要：3DGlllF等4种双极晶体管在航天器驱动电子设备中有着重要的应用。研究和掌握空间辐射环境对这些器件产生的总剂量效应有助于了解单机总剂量效应。文章对3DGIllF等4种双极晶体管进行了总剂量辐照试验，测量及试验结果分析。研究结果可为单机总剂量效应的分析提供试验依据。关键词：空间辐射；总剂量

2、效应；双极晶体管中图分类号：V416．5；V520．6文献标识码：A文章编号：1673—1379(2010)06—0698—06DoI：10．3969／j．issn．1673-1379．2010．06．0060引言空间粒子辐射环境是诱发航天器异常和故障的主要原因之一。这些带电粒子与航天器及其所应用的电子元器件、材料等相互作用，产生多种空间辐射效应，从而影响航天器的正常、稳定工作，甚至飞行安全。随着我国航天事业的蓬勃发展，用于卫星、飞船的电子元器件不但要求高性能，而且更要求高可靠性。双极晶体管(BJT)具有良好的电流驱动能力、线性度、低噪声以及优良的匹配特性，以

3、其高速、耐久性以及功率控制能力一直备受关注，常用于空间系统，包括运算放大器、比较器以及电压调整器等。空间辐射环境对BJT会造成累积电离损伤总剂量效应(TID)。总剂量与航天器的运行轨道、姿态(倾角)、轨道的高度及太阳活动峰年密切相关。此外，不同厂家、不同工艺、甚至同一工艺不同批次生产的元器件对电离辐射损伤都具有不同的敏感性。空间总剂量效应可以用钻源丫射线来模拟。钴源产生的Y射线与物质作用时，主要是产生康普顿效应。该效应产生的电子引起物质电离，同时发生能量沉积；这些沉积在元器件中的能量会使元器件性能参数发生退化。该效应与空间带电粒子辐射环境产生的总剂量效应是等效

4、的，因此可以在地面用钻源Y射线来模拟空间总剂量效应。本文对3DGl1lF等4种双极晶体管进行总剂量辐照试验、测量、并对试验结果分析。研究旨在为单机总剂量效应引起的故障原因分析提供试验依据。l空间粒子辐射环境空间粒子辐射环境由地球辐射带、太阳耀斑、银河宇宙线的高能粒子组成。地球辐射带(亦称范·艾伦带)主要由地球磁场俘获电子(能量低于7MeV)和质子(能量低于500M百V)构成，分为内辐射带和外辐射带。内辐射带为赤道平面约600"-'10000km高度的区域，主要成分是高能质子，最大通量密度位置在2恐(R。为地球半径)处，电子的能量低于5MeV，最大通量密度位置在

5、1．5忍。外辐射带为赤道平面约10000～60000km高度的区域，主要是由电子组成(比内辐射带电子通量密度高10倍)。NASA开发的AE／AP系列模型【ll是地球辐射带的基本模型，也是目前最常用的模型。按照LEO和GEO的空间B也坐标，AP8和AE8模型给出了100keV'--'500MeV范围内的质子、40keV～7MeV范围内的电子的全方向的通量的估计值。模型区分了太阳活动最大和最小的条件：对于质子，太阳活动最小时的通量大于太阳活动最大时通量；电子的情况则正好相反。AP8和AE8模型不包括地磁亚暴或短期太阳变化导致的辐射通量的收稿日期：2010．02．0

6、1；修回日期：2010-11-25基金项目：航天科技基金资助项目作者简介：代佳龙(1984一)，男，硕士研究生，研究方向为空间环境总剂量效应。E—mail：daijialong@163．corn。第6期代佳龙等：3DGl1IF等四种双极晶体管空间总剂量效应研究699瞬时变化。空间质子通量密度随质子能量降低而升高，直到最低能量100keV。AP8模型是根据探测数据建立的，由于探测低能质子的传感器技术难度较大，AP8模型没有低于100keV的数据，实际上是存在的【2】。银河宇宙线(galaxycosmicrays)由来自银河系各个方向的高能带电粒子流组成，其成分为

7、：85％的质子(氢核)，14％粒子或氦核，1％重离子(Z>4)，Z>26的重离子很少，能量范围在10GeV以下。银河宇宙线在太阳活动周期谷年时最大。银河宇宙线粒子相比地球辐射带而言通量很小，但由于其能量非常高，屏蔽一般不起作用。太阳耀斑(solarflares)往往伴随着大量高能粒子的喷发，主要为高能质子(90％)，能量为10～l000Mev，也包括少量的Q粒子和重离子。喷发时会造成粒子通量的增加，通常会持续几个小时到一周以上，但典型情况下持续2～3d。辐射环境模型取AE8(min)、AP8‘min)年-ilJPLl991年太阳耀斑质子，计算低地球轨道(500

8、km／28。)电离总剂量为1．2kra