强电磁脉冲上升时间对RS触发器损伤阈值仿真分析

对RS触发器中金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）的烧毁作用进行研究,通过仿真分析在不同入射端口、不同上升时间的条件下RS触发器的损伤阈值,结合其内部温度分布图完成失效机理分析,进而得出对于上升时间长的强电磁脉冲,需要更高的峰值场强、更长的时间才能将RS触发器烧毁。     

基极注入强电磁脉冲对双极型晶体管的作用

 空间电磁脉冲注入硅双极型晶体管后可能会导致晶体管烧毁。借助2维数值仿真和理论分析研究了基极注入短电磁脉冲对双极型晶体管的作用，得出结论：晶体管的热斑位于基极边缘，由于该点既是电场峰所在,又是电流最密集之处，热量产生集中，因此基极注入脉冲使晶体管烧毁所需的能量比其它两电极注入要少；在基极注入短脉冲作用下，晶体管烧毁所需能量几乎不随脉冲宽度变化；烧毁所需脉冲功率近似与脉冲宽度成反比。     

PIN限幅器电磁脉冲效应数值模拟与验证

基于电磁脉冲对半导体器件效应的电-热多物理场模型,利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了PIN限幅器电磁脉冲效应数值模型,研究了不同峰值功率的电磁脉冲作用下限幅器的输入/输出特性,以及大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系。模拟与实验结果表明:基于器件热效应影响载流子输运过程的电-热多物理模场型,模拟限幅器在大功率电磁脉冲注入下输入/输出功率的结果与实验结果吻合较好;模拟大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系式,与Wunsch-Bell半经验关系式符合较好。     

频率对半导体器件热击穿影响的理论模型

针对半导体器件中的热击穿,通过分析已有的理论模型,把频率对器件热区热产生和热传导的影响引入理论模型.利用格林函数求解热传输方程,同时对余误差函数进行近似处理,求解得到热区温度以及器件烧毁功率与频率和脉冲宽度的表达式.通过数值分析,求解得到不同频率下器件烧毁功率随脉冲宽度的变化规律以及不同脉冲宽度下器件烧毁功率随频率的变化规律,同时给出了频率对器件烧毁功率影响的物理解释.     

CMOS反相器内部瞬态闩锁效应的脉冲宽度效应理论模型

从基本半导体物理出发,通过求解载流子连续性方程,建立了能够定量描述引起CMOS反相器内部瞬态闩锁效应的微波脉冲功率阈值与脉冲宽度关系的解析理论模型。通过与仿真结果以及文献中实验数据的对比,验证了该理论模型的正确性。该理论模型表明,引起CMOS反相器内部瞬态闩锁效应的微波脉冲功率阈值首先随着脉冲宽度增加逐渐降低,但是存在一个明显拐点区域,当脉冲宽度超过该区域之后,引起闩锁效应的功率阈值变化不甚明显。     

电磁脉冲对CMOS与非门的干扰和损伤效应与机理（英文）

利用Sentaurus-TCAD建立了CMOS与非门电路的二维电热模型,仿真研究了在电磁脉冲注入下,CMOS与非门电路产生的扰乱和损伤效应及其机理。结果表明,在EMP注入下,电路输出电压、内部的峰值温度呈周期性的"下降-上升",当注入功率较大时,EMP撤销后输出电压停留在异常值,PMOS源极电流增加,温度不断上升,最终烧毁在PMOS源极,这是因为器件内部产生了闩锁效应。随着脉宽的增加,损伤功率阈值减小而损伤能量阈值增大,通过数据拟合得到脉宽与损伤功率阈值和损伤能量阈值的关系。该结果可对EMP损伤效应进行评估并对器件级EMP抗毁伤加固设计具有指导作用。     

电磁脉冲对CMOS与非门的干扰和损伤效应与机理

利用Sentaurus-TCAD建立了CMOS与非门电路的二维电热模型,仿真研究了在电磁脉冲注入下,CMOS与非门电路产生的扰乱和损伤效应及其机理。结果表明,在EMP注入下,电路输出电压、内部的峰值温度呈周期性的“下降-上升”,当注入功率较大时,EMP撤销后输出电压停留在异常值,PMOS源极电流增加,温度不断上升,最终烧毁在PMOS源极,这是因为器件内部产生了闩锁效应。随着脉宽的增加, 损伤功率阈值减小而损伤能量阈值增大,通过数据拟合得到脉宽与损伤功率阈值和损伤能量阈值的关系。该结果可对EMP损伤效应进行评估并对器件级EMP抗毁伤加固设计具有指导作用。     

脉冲宽度对PIN限幅器微波脉冲热效应的影响

通过数值求解半导体方程组仿真了高功率微波脉冲作用下的PIN二极管,研究了高功率微波脉冲的脉冲宽度对其烧毁的影响。发现脉冲宽度在ns至μs量级时,脉冲功率随脉冲宽度上升而下降,并且近似成反比。在此基础上,基于PIN二极管的Leenov模型和电路的戴维南定理对其机理进行了分析。在脉冲宽度由ns向μs量级变化中,器件热效应由绝热加热转为有热传导的加热;与此同时,其实际吸收功率由与入射功率成正比转为与入射功率开方成正比;此二者共同作用导致了脉冲宽度对烧毁影响。     

双极型晶体管损坏与强电磁脉冲注入位置的关系

 利用时域有限差分法，对双极型晶体管(BJT)在强电磁脉冲作用下的瞬态响应进行了2维数值模拟，研究了电磁脉冲从不同极板注入时BJT的响应情况，根据温度分布的集中程度分析了发生烧毁的难易程度。模拟得出：发射极注入最容易导致烧毁，集电极注入次之，基极注入相对不易导致烧毁；发射极注入烧毁所消耗能量随着脉冲电压上升而下降，到30 V以后基本与电压的升高无关，集电极注入烧毁所消耗的能量则随着电压上升而上升，到100 V以后由于BE结上热点的出现而开始下降。     

基极注入强电磁脉冲对双极晶体管的损伤效应和机理

建立了双极晶体管(BJT)在强电磁脉冲作用下的二维电热模型, 对处于有源放大区的BJT在基极注入强电磁脉冲时的瞬态响应进行了仿真. 结果表明, BJT烧毁点位置随注入脉冲幅度变化而变化, 低脉冲幅度下晶体管烧毁是由发射结反向雪崩击穿所致, 烧毁点位于发射结柱面区; 而在高脉冲幅度下, 由基区-外延层-衬底组成的p-n-n⁺ 二极管发生二次击穿导致靠近发射极一侧的基极边缘率先烧毁; BJT的烧毁时间随脉冲幅度升高而减小, 而损伤能量则随之呈现减小-增大-减小的变化趋势, 因而存在一个极小值和一个极大值. 仿真与实验结果的比较表明, 本文建立的晶体管模型不但能预测强电磁脉冲作用下BJT内部烧毁发生的位置, 而且能够得到损伤能量. 关键词： 双极晶体管 强电磁脉冲 烧毁点位置 损伤能量     

Modeling and understanding of the thermal failure induced by high power microwave in CMOS inverter

The thermal failure induced by high power microwave(HPM) in a complementary metal oxide semiconductor(CMOS) inverter is investigated and its dependence on microwave parameters is discussed in detail. An analytical model of the temperature distribution is established and the relationships between hotspot temperature and pulse width and between hotspot temperature and frequency are predicted, which reveals a more severe rise in temperature under the influence of microwave with longer width and lower frequency. The temperature variation mechanism and the theoretical temperature model are validated and explained by the simulation. Furthermore, variation trend of damage threshold with microwave parameters is derived theoretically, and the conclusions are consistent with simulation results and reported data.     

双极晶体管负载瞬态辐照毁伤效应

利用有源传输线模型与漂移-扩散模型的耦合计算模型,对在瞬态X射线辐照下电缆末端典型N+-p-n-N+结构的双极晶体管负载的毁伤效应与规律进行研究,通过分析双极晶体管内部晶格温度分布,判定是否处于毁伤状态,总结双极晶体管烧毁时间和烧毁所需能量与脉冲X射线脉冲宽度和注量之间的关系。结果表明:随着脉冲X射线脉宽增加,双极晶体管烧毁能量变化较小,烧毁时间逐渐增加;随着注量增加,烧毁时间逐渐降低,在5.86J/cm2以下时,烧毁所需能量基本相同,之后呈指数逐渐增加,并通过曲线拟合得到损伤规律的经验公式。     

脉宽对中红外激光带内损伤HgCdTe材料的影响

研究了脉宽对于中红外脉冲激光带内损伤碲镉汞（HgCdTe）材料阈值的影响,使用一维自洽模型对激光辐照HgCdTe材料程中的载流子数密度,载流子对数目流,载流子对能流,载流子温度和材料晶格温度等相关参数进行仿真计算。仿真结果表明,波长2.85 μm,脉宽30 ps～10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值为200～500 mJ/cm2。其中,300 ps～3 ns脉冲激光的损伤阈值相近,均为200 mJ/cm2且低于其他脉宽激光的损伤阈值。搭建实验光路并进行相关实验验证仿真模型的正确性。实验发现,波长2.85 μm、脉宽300 ps的单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值在200 mJ/cm2左右。相同条件下,10 ns单脉冲激光带内辐照HgCdTe材料的损伤阈值约474 mJ/cm2。百皮秒脉冲激光对HgCdTe材料的损伤过程结合了热击穿和光学击穿效应,其独特的毁伤机理加剧了材料的损伤。     

0.18 μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体电路单粒子瞬态特性研究

利用脉冲激光入射技术研究100级0.18 μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体反相器链的单粒子瞬态效应, 分析了激光入射器件类型及入射位置对单粒子瞬态脉冲传输特性的影响. 实验结果表明, 单粒子瞬态脉冲在反相器链中的传输与激光入射位置有关, 当激光入射第100级到第2级的n型金属-氧化物-半导体器件, 得到的脉冲宽度从287.4 ps增加到427.5 ps; 当激光入射第99级到第1级的p型金属-氧化物-半导体器件, 得到的脉冲宽度从150.5 ps增加到295.9 ps. 激光入射点靠近输出则得到的瞬态波形窄; 靠近输入则得到的瞬态波形较宽, 单粒子瞬态脉冲随着反相器链的传输而展宽. 入射器件的类型对单粒子瞬态脉冲展宽无影响. 通过理论分析得到, 部分耗尽绝缘体上硅器件浮体效应导致的阈值电压迟滞是反相器链单粒子瞬态脉冲展宽的主要原因. 而示波器观察到的与预期结果幅值相反的正输出脉冲, 是输出节点电容充放电的结果.     

基于空间矢量脉宽调制策略的船用永磁同步电机控制仿真

随着船舶吊舱技术以及永磁电机及其控制技术的发展,永磁同步电动机开始迅速应用于船舶吊舱电力推进系统中。针对船用电机的转速和转矩在过渡过程中波动很大的现象,引入了空间矢量脉宽调制方案,结合永磁同步电机数学模型及船桨模型,搭建了基于空间矢量脉宽调制策略的船用永磁同步电机仿真模型。仿真结果表明空间矢量脉宽调制方式可有效减小转矩的脉动,电机推进系统有良好的动态响应效果。为船舶电力推进系统的研究提供了新的思路。