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。     

双极晶体管的系统电磁脉冲与剂量率综合效应

建立典型半导体器件系统电磁脉冲与剂量率综合效应计算模型,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系统电磁脉冲与剂量率综合效应进行研究,得到了综合效应现象,分析了综合效应机理,总结了综合效应规律。在系统电磁脉冲与剂量率综合效应作用下,双极晶体管内部,由于载流子数量剧增,其反向击穿阈值降低,综合效应比单一效应更易造成双极晶体管的毁伤。编制的系统电磁脉冲与剂量率综合效应计算程序可用于分析电子学系统中其他类型半导体器件的效应机理与规律。     

双极型晶体管在强电磁脉冲作用下的瞬态响应

 利用时域有限差分法，对双极型晶体管在强电磁脉冲作用下的瞬态响应进行了2维数值模拟，分析了器件烧毁过程中电场、电流密度、温度等参数的分布及变化情况，分别观察了低电压和高电压脉冲作用下烧毁过程中热点的形成过程，并得到了器件烧毁所需时间以及能量与脉冲电压幅度之间的关系。在电压脉冲较低时，烧毁点位于通道中靠近集电极的位置，当脉冲电压达到一定幅度的时候，由于发射极与集电极之间发生雪崩击穿，基极和发射极之间电势会抬高，从而引起基极和发射极之间的击穿，形成新的热点，并在电压幅度约高于100 V的情况下会率先达到烧毁温度。随着脉冲电压幅度的增高，晶体管烧毁所需时间呈负指数减少，而所需能量在55~100 V之间接近于线性增长，直到电压幅度约高于100 V时才开始减少。     

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     

不同样式的高功率微波对双极晶体管的损伤效应和机理

结合Si基n⁺-p-n-n⁺ 外延平面双极晶体管, 通过分析器件内部的温度分布变化以及电流密度和烧毁时间随信号幅值的变化关系, 研究了其在三角波信号、正弦波信号和方波脉冲信号等三种样式的高功率微波信号作用下的损伤效应和机理. 研究表明, 三种高功率微波信号注入下器件的损伤部位都是发射结, 在频率和信号幅值相同的情况下方波脉冲信号更容易使器件损伤; 位移电流密度和烧毁时间随信号幅值的增大而增大, 而位移电流在总电流所占的比例随信号幅值的增大而减小; 相比于因信号变化率而引起的位移电流, 信号注入功率在高幅值信号注入损伤过程中占主要作用. 利用数据分析软件, 分别得到了三种信号作用下器件烧毁时间和信号频率的变化关系式. 结果表明, 器件烧毁时间随信号频率的增加而增加, 烧毁时间和频率都符合t= af^b的关系式. 关键词： 双极晶体管 高功率微波 损伤机理 信号样式     

双极晶体管中子注量探测器的标定

双极晶体管经中子辐照后会引起直流增益退化,在109~1016 cm-2的注量范围内,其直流增益倒数变化与辐照中子注量呈线性关系。对直流增益退化的双极晶体管进行高温退火,能使受到辐射损伤的双极晶体管性能恢复。鉴于此,将双极晶体管进行逆向工程应用,制作成中子注量探测器,经标定后,可实现对中子注量的监测。对探测器的装配结构进行设计后,依托中国工程物理研究院快中子脉冲堆(CFBR-Ⅱ),在1012~1013 cm-2的注量范围对3DK2222A型探测器和在1013 cm-2的注量范围对3DG121C型探测器进行标定。在得到探测器损伤常数K的分散性存在较小和较大的两种情况下,确定了分散性较小时的有效取值和应用方法,以及在分散性较大时,采取标定的损伤常数K只能应用在同只探测器上的方案,并通过高温退火实验证实了该方案的可行性。     

电缆X射线辐射感应电导率引起的非线性效应北大核心CSCD

对电缆X射线辐照非线性响应进行了数值模拟。分析了电缆X射线辐照的物理过程,针对同轴电缆和屏蔽多导体电缆,建立了基于有限元方法的二维电缆模型诺顿等效电流源计算方法,着重描述了二维模型下电缆介质辐射感应电导率效应求解方法,模拟了电缆X射线辐照非线性效应,给出了诺顿等效电流源非线性响应规律,并依据物理过程进行了合理性分析。模拟结果显示,由于辐射感应电导率的存在,随着X射线注量的增加,电缆响应幅度会存在明显的饱和现象。对特定类型的电缆,响应电流随着X射线注量增加,依次出现3个时间位置不同的电流峰值。     

脉冲X射线辐射效应时间能量联合数值模拟

在脉冲X射线辐射效应研究中,需要将时间维度信息结合到仿真模型中,进而实现基于时间能量联合方法的辐射效应数值模拟,同时也为瞬态脉冲辐照效应的仿真提供了一种思路。建立轫致辐射打靶模型,计算出射脉冲X射线能谱,得到脉冲X射线的时间能量联合谱,结合辐射对象的辐射效应仿真模型,获得氧化铝陶瓷试样在不同时间及不同入射深度处的能量沉积。     

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。     

大气压管板结构纳秒脉冲放电中时域X射线研究

纳秒脉冲放电能在大气压下产生高电子能量、高功率密度的低温等离子体,由于经典放电理论无法很好地解释纳秒脉冲放电中的现象,近年来以高能逃逸电子为基础的纳秒脉冲气体放电理论受到广泛关注.纳秒脉冲放电会产生高能逃逸电子,伴随产生X射线,研究X射线的特性可以间接反映高能逃逸电子的特性.本文利用纳秒脉冲电源在大气压下激励空气放电,通过金刚石光导探测器测量放电产生的X射线,研究不同电极间隙、阳极厚度下和空间不同位置测量的X射线特性.实验结果表明,在大气压下纳秒脉冲放电能产生上升沿约1 ns,脉宽约2 ns的X射线脉冲,其产生时间与纳秒脉冲电压峰值对应,经计算探测到的X射线能量约为2.3×10-3J.当增大电极间隙时,探测到的X射线能量减弱,因为增大电极间隙会减小电场强度和逃逸电子数,从而减少阳极的轫致辐射.电极间距大于50 mm后加速减弱,同时放电模式从弥散过渡到电晕.随着阳极厚度增加,阳极后方和放电腔侧面观察窗测得的X射线能量均有所减弱,在阳极后面探测的X射线能量减弱趋势更加明显,这说明X射线主要产生在阳极内表面,因此增加阳极厚度会使穿透阳极薄膜的X射线能量减少.     

Effects of microwave pulse-width damage on a bipolar transistor

This paper presents a theoretical study of the pulse-width effects on the damage process of a typical bipolar transistor caused by high power microwaves (HPMs) through the injection approach. The dependences of the microwave damage power, P, and the absorbed energy, E, required to cause the device failure on the pulse width τ are obtained in the nanosecond region by utilizing the curve fitting method. A comparison of the microwave pulse damage data and the existing dc pulse damage data for the same transistor is carried out. By means of a two-dimensional simulator, ISE-TCAD, the internal damage processes of the device caused by microwave voltage signals and dc pulse voltage signals are analyzed comparatively. The simulation results suggest that the temperature-rising positions of the device induced by the microwaves in the negative and positive half periods are different, while only one hot spot exists under the injection of dc pulses. The results demonstrate that the microwave damage power threshold and the absorbed energy must exceed the dc pulse power threshold and the absorbed energy, respectively. The dc pulse damage data may be useful as a lower bound for microwave pulse damage data.     

双极晶体管在强电磁脉冲作用下的损伤效应与机理

针对典型n⁺-p-n-n⁺结构的双极晶体管,从器件内部电场强度、电流密度和温度分布变化的分析出发,研究了在强电磁脉冲(electromagnetic pulse,EMP)作用下其内在损伤过程与机理.研究表明,双极晶体管损伤部位在不同幅度的注入电压作用下是不同的,注入电压幅度较低时,发射区中心下方的集电区附近首先烧毁,而在高幅度注入电压作用下,由于基区-外延层-衬底构成的PIN结构发生击穿,导致靠近发射极一侧的基极边缘处首先发生烧毁.利用数据分析软件,对不同注入电 关键词： 双极晶体管 强电磁脉冲 器件损伤 损伤功率     

硅基单片式复合晶体管的结构参数对高功率微波损伤效应的影响

建立了三种不同结构的硅基单片式复合晶体管(由T1和T2两个晶体管构成)的二维电热模型,研究了高功率微波对不同结构的硅基单片式复合晶体管的损伤效应的影响。获得了不同器件结构下导致复合晶体管损伤的损伤功率阈值和损伤能量阈值分别与脉宽的关系。结果表明,当复合晶体管的总体尺寸不变而T2和T1晶体管的面积比值更大时需要更多的功率和能量来损伤器件。通过分析器件内部电场、电流密度和温度分布的变化,得到了复合晶体管的结构对其微波损伤效应的影响规律。对比发现,三种结构的复合晶体管的损伤点均位于T2管的发射极附近,随着T2和T1晶体管面积比的增大,电场、电流密度和温度在器件内部的分布将变得更加分散。此外,在发射极处增加外接电阻R_e,研究表明损伤时间随发射极电阻的增大而增加。因此可以得出结论,适当改变器件结构或增加外接元件可以增强器件的抗微波损伤能力。晶体管的仿真毁伤点与实验结果一致。     

Simulation of energy and fluence dependence of heavy ion induced displacement damage factor in bipolar junction transistor

This article presents the theoretical calculation of the variation of displacement damage factors as a function of energy and rad equivalent fluence in bipolar junction transistor for various particulate radiation viz., He, Si, Cl, Ti, Ni, Br, Ag, I, and Au. The calculation is based on the experimental data on γ-ray induced gain degradation in a commercial space borne BJT (2N3019). The method involves the calculation of γ-ray dose (rad(Si)) equivalent of effective particle fluence. The linear energy transfer (LET) in silicon for different particle radiation obtained from TRIM calculation has been used for the conversion of γ-dose into fluence of various particles. The estimation predicts a smooth increase in the displacement damage factor as the mass of the ion increases. Further, the displacement damage factor reaches a maximum at the same value of energy, which corresponds to maximum LET for all heavy ions. The maximum value of damage factor marginally decreases with increasing ion fluence for an ion of given energy. The results are compared with the data available in the literature for proton, deuteron, and helium induced displacement damage.     

飞秒激光固体靶相互作用中超热电子的输运特性

 实验研究了在100 TW掺钛宝石超短超强脉冲激光装置上完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的输运特性,获得了超热电子的能谱、产额、注量及超热电子在靶内输运能量沉积范围。测量结果表明:超热电子的注量和总能量随靶厚度的增加而减少,超热电子约80％的能量主要沉积在靶内的前约一个激光脉冲宽度的范围内,且能量沉积范围随激光脉冲宽度的增加而增加,这主要是静电场的影响所致。