基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管潜在缺陷退化模型

基于金属-氧化物-半导体-场效应管(MOSFET)辐射损伤的微观机理,推导出了MOSFET经历辐照之后氧化层空穴俘获与阈值电压漂移之间关系的表达式.又根据MOSFET中1/f噪声产生的微观机理,建立了辐照之前MOSFET的1/f噪声功率谱幅值与阈值电压漂移量之间的定量关系,并通过实验予以验证.结果表明,辐照之前的1/f噪声功率谱幅值与辐照之后的阈值电压漂移量存在正比例关系,阈值电压漂移量可以反映出MOSFET内部的潜在缺陷的退化程度,因此,该模型有助于利用1/f噪声参量来表征MOSFET内部潜在缺陷的数量和严重程度.     

氮化镓基蓝光发光二极管伽马辐照的1/f噪声表征

通过电离辐照对氮化镓基蓝光发光二极管器件有源区光/暗电流产生机制的研究, 建立了电离辐照减小发光二极管有效输出功率电学模型.通过电离辐照对氮化镓基蓝光发光 二极管器件有源区1/f噪声影响机制的研究, 建立了电离辐照增大发光二极管1/f噪声的相关性模型.在I < 1 μA 的小注入区,空间电荷区的复合电流随辐照剂量的增加而增加. 同时, 随着电离辐照产生缺陷的增加, 1/f噪声幅度增大. 在 I> 1 mA 的大注入条件下, 由于串联电阻的影响占主导地位,表面复合速率和电流随辐照剂量的增加而增加.同时, 随着电离辐照产生缺陷的增加, 1/f噪声幅度增大.根据辐照前后电流电压试验结果噪声测试结论, 证实了实验结论与理论推导结果的一致性. 在1 μA < I < 5×10^-5 A 的中值电流情况下, 由于高能载流子散射相关的迁移率涨落与辐照新增缺陷引起的载流子数涨落竞争机制, 随着辐照剂量增大, 1/f噪声在频域变化没有明显规律. 但是, 通过1/f噪声时域多尺度熵复杂度分析方法, 得出随着辐照剂量增大, 1/f噪声时域多尺度熵复杂度的结果. 最终证实1/f噪声幅度可以敏感地反映小注入和大注入情况下氮化镓基蓝光发光二极管电离辐照的可靠性. 噪声幅值越大, 则说明辐照感应N_it越高, 暗电流相关的复合电流越大, 光电流相关的扩散电流比例减少, 使得器件发光效率、光输出功率等性能参数下降, 继而影响器件可靠性, 造成失效率显著增大. 1/f噪声时域多尺度熵复杂度可以敏感地反映中值电流情况下氮 化镓基蓝光发光二极管的电离辐照可靠性.多尺度熵复杂度越大, 则说明辐照感应越多, 复合电流越大,器件可靠性越差.本文结论提供了一种基于 1/f噪声的氮化镓基蓝光发光二极管电离辐照可靠性表征方法. 关键词： f噪声')" href="#">1/f噪声 电离辐照 氮化镓基蓝光发光二极管     

基于辐照前1/f噪声的金属-氧化物-半导体场效应晶体管辐照退化模型

基于金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)噪声的载流子数涨落和迁移率涨落理论,建立了MOSFET辐照前1/f噪声参量与辐照后分别由氧化层陷阱和界面陷阱诱使阈值电压漂移之间的定量数学模型,并通过实验予以验证.研究结果表明,辐照诱生的氧化层陷阱通过俘获和发射过程与沟道交换载流子,在引起载流子数涨落的同时也通过库仑散射导致沟道迁移率的涨落,因此辐照前的1/f噪声幅值正比于辐照诱生的氧化层陷阱数.利用该模型对MOSFET辐照前1/f噪声与辐照退化的相关性从理论上 关键词： f噪声')" href="#">1/f噪声 辐照 金属-氧化物-半导体场效应晶体管 陷阱     

p型金属氧化物半导体场效应晶体管低剂量率辐射损伤增强效应模型研究

对一种非加固4007电路中p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)在不同剂量率条件下的电离辐射损伤效应及高剂量率辐照后的退火效应进行了研究. 通过测量不同剂量率条件下PMOSFET的亚阈I-V特性曲线,得到阈值电压漂移量随累积剂量、退火时间的变化关系. 实验发现,此种型号的PMOSFET具有低剂量率辐射损伤增强效应. 通过描述H⁺在氧化层中的输运过程,解释了界面态的形成原因,初步探讨了非加固4007电路中PMOSFET低剂量率辐射损伤增强效应模型. 关键词： p型金属氧化物半导体场效应晶体管 60Co γ射线')" href="#">⁶⁰Co γ射线 电离辐射损伤 低剂量率辐射损伤增强效应     

60Co γ-射线辐照对肖特基二极管1/f噪声的影响

在肖特基二极管(Schottky barrier diode,SBD)辐照损伤机理和总剂量效应分析的基础上,利用1/f噪声的迁移率涨落和载流子数涨落模型,深入研究辐照损伤对器件1/f噪声的影响. 研究结果表明,辐照诱生新的界面态,改变界面态密度分布,进而调制了肖特基势垒高度,增大表面复合速度是引起器件性能退化主要原因,也是1/f噪声剧烈增加的主要原因. 正因为如此,噪声与器件退化存在相关性,即噪声拟合参数B越大,偏离标准值越多,器件可靠性越差,抗辐照 关键词： 肖特基二极管 f噪声')" href="#">1/f噪声 60Co γ射线')" href="#">⁶⁰Co γ射线 界面态     

位移损伤剂量法评估空间GaAs/Ge太阳电池辐照损伤过程

本文针对GaAs/Ge太阳电池,利用位移损伤剂量法研究了其在轨服役条件下的性能退化行为.首先在地面模拟辐照环境中,试验获得了在不同能量的电子和质子辐照下的电池性能随辐照注量的退化行为.基于上述实验结果以及计算获得的带电粒子在电池中的非电离能量损失(NIEL)获得了不同能量电子辐照位移损伤的等效指数n为1.7,电子损伤剂量转化为质子损伤剂量等效系数为5.2,并进一步建立了电池性能随位移损伤剂量的退化方程.利用该方法对国产GaAs/Ge太阳电池在500,22000和36000 km轨道带电粒子辐 关键词： GaAs/Ge太阳电池 辐照损伤 带电粒子 位移损伤剂量     

~(60)Co-γ射线辐照CMOS有源像素传感器诱发暗信号退化的机理研究

对某国产0.5μm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)N阱工艺CMOS有源像素传感器的电离总剂量效应进行了研究,通过60Co-γ射线辐照试验,着重分析了对辐射最敏感的暗信号和暗信号非均匀性随总剂量退化的物理机理.实验发现,随着辐照剂量的增加,暗信号和暗信号非均匀性显著退化,并且静态偏置条件下器件的辐射损伤最大.暗信号退化的主要原因是光电二极管pn结和复位晶体管源端N+/Psub结表面边界周围的SiO2产生了大量的界面态;暗信号非均匀性显著退化是由于光电二极管的暗信号增大引起.上述工作可为深入研究CMOS有源像素传感器的抗辐射加固及其辐射损伤评估提供参考.     

60Coγ射线对高铝组分Al0.5Ga0.5N基p-i-n日盲型光探测器理想因子的影响

采用⁶⁰Co γ射线源对高铝组分Al_0.5Ga_0.5N盲紫外p-i-n结构光探测器和Si基可见光p-i-n结构探测器进行了累计剂量分别为0.1, 1, 10 Mrad(Si)总剂量辐照实验. 实验发现, 随着辐照剂量的增加, AlGaN盲紫外p-i-n结构光探测器的理想因子显著增大, 辐照后理想因子n > 2; 而Si基可见光p-i-n 结构探测器的理想因子随辐照剂量的变化并不明显. AlGaN盲紫外p-i-n结构光探测器理想因子的退化可能主要是因为欧姆接触性能的退化, Si基可见光p-i-n结构探测器的理想因子的变化则可能是由于敏感层的退化. 关键词： xGa_1?xN')" href="#">高铝组分Al_xGa_1?xN γ射线辐射效应 理想因子 欧姆接触     

In0.53Ga0.47As/InP量子阱与体材料的1 MeV电子束辐照光致发光谱研究

为获得对In_0.53Ga_0.47As/InP材料在电子束辐照下的光致发光谱变化规律, 开展了1 MeV电子束辐照试验, 注量为 5×10¹²-9×10¹⁴ cm^-2. 样品选取量子阱材料和体材料, 在辐照前后, 进行了光致发光谱测试, 得到了不同结构In_0.53Ga_0.47As/InP材料在1 MeV电子束辐照下的不同变化规律; 对比分析了参数退化的物理机理. 结果显示: 试验样品的光致发光峰强度随着辐照剂量增大而显著退化. 体材料最先出现快速退化, 而五层量子阱在注量达到6×10¹⁴ cm^-2时, 就已经退化至辐照前的9%. 经分析认为原因有: 1)电子束进入样品后, 与材料晶格发生能量传递, 破坏晶格完整性, 致使产生的激子数量减少, 光致发光强度降低; 电子束辐照在材料中引入缺陷, 增加了非辐射复合中心密度, 导致载流子迁移率降低. 2)量子阱的二维限制作用使载流子运动受限, 从而能够降低载流子与非辐射复合中心的复合概率; 敏感区域截面积相同条件下, 体材料比量子阱材料辐射损伤更为严重. 3)量子阱的层数越多, 则异质结界面数越多, 相应的产生的界面缺陷数量也随之增多, 辐射损伤越严重.     

MOS结构电离辐射效应模型研究

基于氧化层空穴俘获和质子诱导界面陷阱电荷形成物理机制的分析,分别建立了MOS结构电离辐射诱导氧化层陷阱电荷密度、界面陷阱电荷密度与辐射剂量相关性的物理模型.由模型可以得到,在低剂量辐照条件下辐射诱导产生的两种陷阱电荷密度与辐射剂量成线性关系,在中到高辐射剂量下诱导陷阱电荷密度趋于饱和,模型可以很好地描述这两种陷阱电荷与辐射剂量之间的关系.最后讨论了低剂量辐照下,两种辐射诱导陷阱电荷密度之间的关系,认为低辐射剂量下两者存在线性关系,并用实验验证了理论模型的正确性.该模型为辐射环境下MOS器件辐射损伤提供了更 关键词： MOS结构 辐射 界面陷阱 氧化层陷阱     

Subharmonic Shapiro steps and noise in high-T c superconductor Josephson junctions

An experimental investigation is made of the subharmonic Shapiro steps observed on the I-V curves of high-T _c superconductor Josephson junctions and on the bias-voltage dependences of the rf noise and detector response when the junctions are subjected to external submillimeter radiation. Structures of this type are ordinarily described by a nonsinusoidal current-phase relation, which is why subharmonic steps appear. Numerical modeling of the processes occurring in a Josephson junction by means of a simple current-phase relation, as in the case of an SNS junction, gives good agreement with experiment. The width of the characteristic Josephson generation line of the junction was estimated on the basis of the noise dependences and the selective detector response. The width can be explained by taking into account the shot noise of the tunneling component of the conductivity. A model of the conductivity of a high-T _c superconductor Josephson junction, consisting of a tunnel junction with microshorts possessing metallic conductivity, is discussed. Pis’ma Zh. éksp. Teor. Fiz. 68, No. 5, 426–430 (10 September 1998)     

SrTiO3基片上Tl-2212双晶约瑟夫森结的动态特性及噪声影响研究

在SrTiO₃（STO）基片上制作了Tl-2212双晶约瑟夫森结,并对其进行了微波辐照下的I-V特性测试,观察到了夏皮罗台阶,符合约瑟夫森电压-频率关系.利用数值仿真对约瑟夫森结建立了RCSJ模型,仿真结果与实验数据符合较好,利用此模型深入研究了噪声对结动态特性的影响,解释了噪声影响下结的微波感应台阶幅度减小和极小值展宽现象,提出了有效噪声温度为工作温度和外部噪声的等效温度之和. 关键词： RCSJ模型 噪声 Tl-2212双晶约瑟夫森结     

Simulation and measurement of millimeter-wave radiation from Josephson junction array

We report the circuit simulations and experiments of millimeter-wave radiation from a high temperature superconducting(HTS) bicrystal Josephson junction(BJJ) array. To study the effects of junction characteristic parameters on radiation properties, new radiation circuit models are proposed in this paper. The series resistively and capacitively shunted junction(RCSJ) models are packaged into a Josephson junction array(JJA) model in the simulation. The current-voltage characteristics(IVCs) curve and radiation peaks are simulated and analyzed by circuit models, which are also observed from the experiment at liquid nitrogen temperature. The experimental radiation linewidth and power are in good agreement with simulated results. The presented circuit models clearly demonstrate that the inconsistency of the JJA will cause a broad linewidth and a low detected power. The junction radiation properties are also investigated at the optimal situation by circuit simulation. The results further confirm that the consistent JJA characteristic parameters can successfully narrow the radiation linewidth and increase the power of junction radiation.     

Displacement damage analysis and modified electrical equivalent circuit for electron and photon-irradiated silicon solar cells

Solar modules and arrays are the conventional energy resources of space satellites. Outside the earth's atmosphere, solar panels experience abnormal radiation environments and because of incident particles, photovoltaic (PV) parameters degrade. This article tries to analyze the electrical performance of electron and photon-irradiated mono-crystalline silicon (mono-Si) solar cells. PV cells are irradiated by mono-energetic electrons and poly-energetic photons and immediately characterized after the irradiation. The mean degradation of the maximum power (P_max) of silicon solar cells is presented and correlated using the displacement damage dose (D_d) methodology. This method simplifies evaluation of cell performance in space radiation environments and produces a single characteristic curve for P_max degradation. Furthermore, complete analysis of the results revealed that the open-circuit voltage (V_oc) and the filling factor of mono-Si cells did not significantly change during the irradiation and were independent of the radiation type and fluence. Moreover, a new technique is developed that adapts the irradiation-induced effects in a single-cell equivalent electrical circuit and adjusts its elements. The “modified circuit” is capable of modeling the “radiation damage” in the electrical behavior of mono-Si solar cells and simplifies the designing of the compensation circuits.     

静电放电对功率肖特基二极管I-V及低频噪声特性的影响

本文基于人体放电模型分别对肖特基势垒二极管的阴极和阳极进行同一电压脉冲下的多次放电, 利用热电子发射理论、1/f噪声的迁移率涨落模型和白噪声理论, 分别深入研究静电放电损伤对器件I-V和低频噪声的影响. 结果表明, 静电放电作用于肖特基二极管阴极时损伤更严重, 噪声参量变化率更大. 随着放电次数的增加, 正向特性无变化, 反向电流总体增大, 偶有减小; 而正向和反向 1/f噪声均增大. 鉴于噪声与应力条件下器件内部产生的缺陷与损伤有关, 且更敏感, 故可将低频噪声特性用作肖特基二极管的静电放电损伤灵敏表征工具.     

金属氧化物半导体场效应管热载流子退化的1/fγ噪声相关性研究

研究了金属氧化物半导体(MOS)器件在高、中、低三种栅压应力下的热载流子退化效应及其1/f^γ噪声特性.基于Si/SiO₂界面缺陷氧化层陷阱和界面陷阱的形成理论,结合MOS器件1/f噪声产生机制,并用双声子发射模型模拟了栅氧化层缺陷波函数与器件沟道自由载流子波函数及其相互作用产生能级跃迁、交换载流子的具体过程.建立了热载流子效应、材料缺陷与电参量、噪声之间的统一物理模型.还提出了用噪声参数Sf ^{关键词： 金属氧化物半导体场效应管 热载流子 fγ噪声')" href="#">1/fγ噪声}     

基于1/f噪声的NPN晶体管辐照感生电荷的定量分离

本文针对NPN双极性晶体管, 在研究辐照感生的氧化层电荷及界面态对晶体管基极电流和1/f噪声的影响的基础上, 建立辐照感生氧化层电荷及界面态与基极电流和1/f噪声的定量物理模型. 根据所建立的模型, 提出一种新的分离方法, 利用1/f噪声和表面电流求出氧化层电荷密度, 利用所求得氧化层电荷密度和表面电流求出界面态密度. 利用本方法初步实现了辐照感生氧化层电荷及界面态的定量计算.