兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (6): 1704-1712.doi: 10.12382/bgxb.2022.1115
季启政1,2, 刘尚合1,*(), 王志浩2, 杨铭3, 丁义刚2, 王思展2, 沈自才2, 刘宇明2
收稿日期:
2022-11-29
上线日期:
2023-06-30
通讯作者:
基金资助:
JI Qizheng1,2, LIU Shanghe1,*(), WANG Zhihao2, YANG Ming3, DING Yigang2, WANGSizhan2, SHEN Zicai2, LIU Yuming2
Received:
2022-11-29
Online:
2023-06-30
摘要:
基于GaN器件质子辐照损伤机制和退化特性,根据剂量深度分布等效拟合原理,提出与地球同步轨道质子辐照环境等效的多能质子综合辐照试验方法。针对空间内带电问题计算电路板材料的充电电位,设计用于内带电效应模拟的静电场和瞬态电场的模拟方法及装置。建立质子辐照与电场综合试验系统并开展初步的试验。研究结果表明:GaN器件在跨导峰值处的栅源电压随质子注量发生偏移;相对于单独质子辐照,质子和电场综合作用下器件特征参数变化速度更快,幅度更大,证明了所提试验方法及系统的有效性。
季启政, 刘尚合, 王志浩, 杨铭, 丁义刚, 王思展, 沈自才, 刘宇明. GaN器件质子辐照与电场综合试验系统及方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(6): 1704-1712.
JI Qizheng, LIU Shanghe, WANG Zhihao, YANG Ming, DING Yigang, WANGSizhan, SHEN Zicai, LIU Yuming. Comprehensive Proton Irradiation and Electric Field Testing System and Method for GaN Devices[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(6): 1704-1712.
能量/10-1MeV | 微分通量/(cm-2·s·MeV) |
---|---|
1.00 | 4.080296×107 |
2.50 | 3.902650×106 |
5.00 | 3.347048×105 |
7.50 | 4.163439×104 |
10.00 | 4.308287×103 |
20.00 | 0 |
表1 GEO辐射带质子微分能谱
Table 1 Proton differential energy spectrum of radiation beltin GEO
能量/10-1MeV | 微分通量/(cm-2·s·MeV) |
---|---|
1.00 | 4.080296×107 |
2.50 | 3.902650×106 |
5.00 | 3.347048×105 |
7.50 | 4.163439×104 |
10.00 | 4.308287×103 |
20.00 | 0 |
能量/MeV | 微分注量/(cm-2·MeV) |
---|---|
5.00×10-1 | 4.4255×1011 |
6.00×10-1 | 3.1354×1011 |
8.00×10-1 | 1.7130×1011 |
1.00 | 1.0927×1011 |
2.00 | 2.6472×1010 |
4.00 | 5.7099×109 |
1.00×101 | 8.9197×108 |
2.00×101 | 1.9025×108 |
4.50×101 | 2.7696×107 |
1.00×102 | 4.2917×106 |
表2 太阳质子微分注量谱
Table 2 Solar proton differential fluence spectrum
能量/MeV | 微分注量/(cm-2·MeV) |
---|---|
5.00×10-1 | 4.4255×1011 |
6.00×10-1 | 3.1354×1011 |
8.00×10-1 | 1.7130×1011 |
1.00 | 1.0927×1011 |
2.00 | 2.6472×1010 |
4.00 | 5.7099×109 |
1.00×101 | 8.9197×108 |
2.00×101 | 1.9025×108 |
4.50×101 | 2.7696×107 |
1.00×102 | 4.2917×106 |
序号 | 试验项目 | 参数 |
---|---|---|
50keV质子,注量2.0×1013cm-2 | ||
1 | 质子辐照试验 | 140keV质子,注量3.24×1014cm-2 |
400keV质子,注量6.0×1013cm-2 | ||
2 | 电场试验 | 电极电压值-1kV,-10kV,-20kV |
表3 试验参数
Table 3 Test parameters
序号 | 试验项目 | 参数 |
---|---|---|
50keV质子,注量2.0×1013cm-2 | ||
1 | 质子辐照试验 | 140keV质子,注量3.24×1014cm-2 |
400keV质子,注量6.0×1013cm-2 | ||
2 | 电场试验 | 电极电压值-1kV,-10kV,-20kV |
阶段 | 试验项目 | 质子能量/keV | 质子注量/cm-2 | 电极电压值/kV | 放电特性指标 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 质子+电场辐照试验 | 50 | 2.0×1013 | -1,-10,-20a | |
质子辐照试验 | 50 | 2.0×1013 | |||
2 | 质子+电场辐照试验 | 140 | 3.24×1014 | -1,-10,-20b | |
质子辐照试验 | 140 | 3.24×1014 | |||
3 | 质子+电场辐照试验 | 400 | 6.0×1013 | -1,-10,-20b | |
质子辐照试验 | 400 | 6.0×1013 | |||
4 | 瞬态电场干扰试验 | 电压:1~10kV 电流:0.2~10A 上升时间:<30ns 脉宽:60~100ns |
表4 试验项目及参数
Table 4 Test items and parameters
阶段 | 试验项目 | 质子能量/keV | 质子注量/cm-2 | 电极电压值/kV | 放电特性指标 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 质子+电场辐照试验 | 50 | 2.0×1013 | -1,-10,-20a | |
质子辐照试验 | 50 | 2.0×1013 | |||
2 | 质子+电场辐照试验 | 140 | 3.24×1014 | -1,-10,-20b | |
质子辐照试验 | 140 | 3.24×1014 | |||
3 | 质子+电场辐照试验 | 400 | 6.0×1013 | -1,-10,-20b | |
质子辐照试验 | 400 | 6.0×1013 | |||
4 | 瞬态电场干扰试验 | 电压:1~10kV 电流:0.2~10A 上升时间:<30ns 脉宽:60~100ns |
参数 | 质子能量/ keV | 通量/ (cm-2·s) | 辐照 面积/mm | 均匀性 |
---|---|---|---|---|
数值 | 10~50 | 1×109~1×1010 | ϕ150 | 优于10% |
表5 ϕ800mm综合辐照试验系统参数指标
Table 5 Parameters and indexes of ϕ800mm comprehensive irradiation testing system
参数 | 质子能量/ keV | 通量/ (cm-2·s) | 辐照 面积/mm | 均匀性 |
---|---|---|---|---|
数值 | 10~50 | 1×109~1×1010 | ϕ150 | 优于10% |
[1] |
郭超, 杨飞, 李霄枭, 等. 基于谐波调谐技术的功率放大器研究[J]. 空间电子技术, 2021, 18(1):47-50.
|
|
|
[2] |
敬小东, 王海龙, 游飞, 等. 星载大功率GaN固态功放寿命评估方法[J]. 航天器环境工程, 2021, 38(4):420-425.
|
|
|
[3] |
沈自才. 空间辐射环境工程[M]. 北京: 中国宇航出版社, 2009.
|
|
|
[4] |
季启政, 刘峻, 杨铭, 等. AlGaN/GaNHEMT质子辐射效应研究进展[J]. 航天器环境工程, 2022, 39(4):436-445.
|
|
|
[5] |
doi: 10.1016/j.microrel.2019.113493 URL |
[6] |
|
[7] |
doi: 10.1109/TNS.2017.2780273 URL |
[8] |
谷文萍. AlGaN/GaN HEMT器件的辐照效应研究[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2009.
|
|
|
[9] |
doi: 10.1109/TNS.2004.825077 URL |
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
吕玲, 林正兆, 郭红霞, 等. 增强型AlGaN/Ga N MIS-HEMTs器件的质子辐照效应[J]. 现代应用物理, 2021, 12(2):86-92.
|
|
|
[13] |
doi: 10.1109/TNS.23 URL |
[14] |
doi: 10.1109/TNS.23 URL |
[15] |
doi: 10.1109/TNS.23 URL |
[16] |
doi: 10.1109/TNS.2004.839199 URL |
[17] |
|
[18] |
严肖瑶. AlGaN/GaNHEMT器件辐射缺陷研究[D]. 西安: 西安电子科技大学, 2020:14-35.
|
|
|
[19] |
Mitigating in-space charging effects-a guideline: NASA-HDBK-4002B[S]. Huntsville, AL, US: NASA, 2022.
|
[20] |
李宏伟, 韩建伟, 蔡明辉, 等. 卫星充放电效应对典型星载电子设备影响的实验研究[J]. 航天器环境工程, 2021, 38(3):370-374.
|
|
|
[21] |
韩建伟, 张振龙, 黄建国, 等. 卫星介质深层充放电模拟实验装置研制进展[J]. 航天器环境工程, 2007, 24(1):47-50.
|
|
|
[22] |
doi: 10.1016/j.sse.2012.06.014 URL |
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
doi: 10.1016/j.microrel.2010.02.015 URL |
[28] |
doi: 10.1109/LED.2008.2003073 URL |
[29] |
|
[30] |
doi: 10.1109/TED.2013.2271954 URL |
[31] |
doi: 10.1109/16.121697 URL |
[32] |
doi: 10.1109/TED.2015.2463713 URL |
[33] |
doi: 10.1063/1.1633018 URL |
[34] |
|
[35] |
doi: 10.1109/TED.16 URL |
[36] |
|
[37] |
何江. AlGaN/GaNHEMT器件电学特性与可靠性研究[D]. 湘潭: 湘潭大学, 2019.
|
|
|
[38] |
张岩, 赵鑫, 刘尚合, 等. 静电电磁脉冲诱发航天器绝缘材料闪络特性[J]. 兵工学报, 2022, 43(8):1956-1965.
doi: 10.12382/bgxb.2021.0396 |
|
[1] | 孙强, 张伽伟, 喻鹏. 基于海洋浮标的电场干扰特性分析及信号检测方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(3): 857-864. |
[2] | 孙久哲, 赵鸿浩, 韩永康, 许嘉威, 付玉彬. 水合肼掺氮改性碳纤维电极电化学及电场响应性能[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 363-371. |
[3] | 韩永康, 赵鸿浩, 孙久哲, 许嘉威, 付玉彬. 氨基酸改性碳纤维电极电化学及海洋电场响应性能[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 434-441. |
[4] | 刘德红, 徐庆林, 王向军. 腐蚀缺陷对921A钢力学-电化学性能的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2905-2915. |
[5] | 许嘉威, 韩永康, 孙久哲, 付玉彬. 电接枝聚乙烯亚胺改性碳纤维电极电化学性能及其电场响应研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2855-2865. |
[6] | 李红霞, 宋玉苏, 肖海舰. 碳酸氢钠改性Ag/AgCl海洋电场电极的研制及其性能[J]. 兵工学报, 2022, 43(1): 226-232. |
[7] | 喻鹏, 程锦房, 张伽伟, 姜润翔. 基于Rao检测器的舰船轴频电场滑动门限检测方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(4): 827-834. |
[8] | 赵文春, 姜润翔, 喻鹏, 张伽伟. 基于轴频电场线谱特征的目标检测及识别[J]. 兵工学报, 2020, 41(6): 1165-1171. |
[9] | 孙强, 姜润翔, 喻鹏, 程锦房. 轴频电场与静电场一体化腐蚀相关电场隐身方法研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(4): 730-736. |
[10] | 刘德红, 张建春, 王向军. 环境因素对层流下腐蚀静电场的影响[J]. 兵工学报, 2020, 41(3): 567-576. |
[11] | 张伽伟, 喻鹏, 姜润翔, 孙宝全. 基于舰船电场的目标跟踪方法研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(3): 559-566. |
[12] | 颜冰, 孙宝全, 张伽伟. 基于滤波器组的船舶静电场跟踪[J]. 兵工学报, 2019, 40(7): 1468-1475. |
[13] | 宋玉苏, 李红霞, 申振, 王烨煊. 碳纤维海洋电场电极探测机理和性能研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(3): 570-575. |
[14] | 孙嘉庆, 陈聪, 危玉倩, 李定国. 微分递推法在舰船静态电场深度换算中的应用研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(2): 345-355. |
[15] | 殷强, 张合, 李豪杰. 动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分析[J]. 兵工学报, 2017, 38(6): 1059-1066. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||