超高速碰撞形成的带电粒子对半导体器件的电磁干扰特性研究.pdf

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1、超高速碰撞形成的带电粒子对半导体器件的电磁干扰特性研究余月月2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540超高速碰撞形成的带电粒子对半导体器件的电磁干扰特性研究作者姓名余月月学院名称机电学院指导教师何远航教授答辩委员会主席张庆明教授申请学位工学硕士学科专业力学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ITheresearchonelectromagneticinterferencecharacteristicofchargedparticlesproducedbyhypervelocityimpactonsemiconductordevicesCandid

2、ateName:YueyueYuSchoolorDepartment:MechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.YuanhangHeChair,ThesisCommittee:Prof.QingmingZhangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MechanicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:Jan,2015II研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所

3、知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要当前空间碎片与航天器的碰撞事件日益频繁，科学家们在寻找原因的过程中逐渐发现：超高速碰撞产生的带电粒子对航天器的电磁毁伤并不亚于其力学毁伤。超高速碰撞过程中形成的带电粒子在运动的过程中产生的电磁场以及带电粒子本身的注入会干扰半导体器件正常工作甚至导致半导体器件的毁伤，从而导致整个电路系统的失效

4、。本文通过6.4mm半径铝弹丸超高速撞击铝靶板来模拟太空中碎片撞击航天器的过程，研究其对半导体器件的电磁干扰效应。主要内容如下：1）超高速碰撞过程中电磁效应的产生是由于在弹丸超撞击靶板的过程中会导致材料的电离，形成带电粒子。带电粒子的电荷分布特征直接影响着其对半导体器件的电磁干扰效应。本文首先对超高速碰撞产生的带电粒子的电荷分布特征进行研究，设计多角度电荷收集系统，在正碰撞及斜碰撞条件下收集超高速碰撞产生的电荷，从而推断超高速碰撞产生的带电粒子的电荷分布模型，实验结果表明在超高速正碰撞的条件下产生的正电荷主要分布在54º-81º角度区域；在超高速碰撞角度为45º的条件下正电荷主

5、要分布在45º-90º角度区域。并且据此进一步推断出超高速碰撞产生带电粒子的电荷分布模型。2）根据半导体器件内部的结构及其制作工艺结合超高速碰撞产生的带电粒子的电荷分布规律，研究超高速碰撞产生的带电粒子对半导体器件的干扰机理。根据带电粒子的分离电荷量推算出超高速碰撞产生的电磁场，通过计算说明超高速碰撞产生的电磁场足以干扰半导体器件正常工作甚至造成毁伤；研究带电粒子注入半导体器件的引脚，PN结内部以及电介质内部对其产生干扰的机理，通过理论分析证明超高速碰撞产生的带电粒子注入到半导体器件内部足以干扰半导体器件正常工作。3）在靶板周围布置半导体器件进行测试，实验结果表明超高速碰撞过程

6、中，在与靶板成63º-72º及81º-90º角度区间内半导体器件更容易遭受到干扰效应；场效应管制成的半导体器件比晶体三极管制成的半导体器件更容易遭受干扰；在超高速碰撞产生的综合效应下距离碰撞点越近产生的干扰越大；电磁场对半导体器件的干扰主要发生在81º-90º角度区间；超高速碰撞对半导体器件的干扰是有累积效应的。关键词：超高速碰撞；带电粒子；电磁干扰；半导体器件V北京理工大学硕士学位论文AbstractAsthespacecraftaccidentsisincreasing,Manyscientistshavefoundthat:theelectromagneticdamage

7、ismoredangeroustothespacecraftthanmechanicaldamage.Thechargedparticlesproducedbyhypervelocitywillinterferwiththesemiconductordevicesandleadtotheirfailure.Thechargedparticlesinterferwiththesemiconductordevicesintwoways：theyrunawayfromtheimpactpointa