脉冲激光模拟半导体分立器件单粒子效应的实验研究

摘要

航天器所处的空间环境中存在着各种类型的高能粒子,单个高能粒子入射航天器系统中的半导体器件时,由电离作用可能会引发器件的单粒子效应,从而威胁航天器的在轨飞行。用脉冲激光模拟单粒子效应是一种重要的地面模拟方式。在此方向已有的研究中,主要关注航天器所用电学器件的筛选及抗辐射加固等,而基础研究较少。基于此种现状,本文在半导体分立器件对不同参数的脉冲激光束的响应方面做了相关的研究。
　　开展了飞秒激光模拟半导体分立器件单粒子效应的研究。建立了超短脉冲激光模拟单粒子效应的实验研究装置,做了开封装整流二极管的单粒子瞬态实验。处在反偏电压状态下的开封装二极管,在超短脉冲激光辐照下会产生瞬态的电流波形,被称为单粒子瞬态。改变入射激光能量及二极管反偏电压做了一系列实验,收集了相应的波形;分析了光辐照形成瞬态电脉冲的幅值、脉冲半宽度及此过程中被收集的电荷量与光能量及反向偏压的关系,并对其产生原因做了一些物理解释。
　　利用波长可调节的皮秒激光器和倒置荧光显微镜开展了半导体分立器件单粒子效应的研究。用倒置荧光显微镜把入射光斑聚焦数十微米量级,精确控制光斑的辐照位置,对比相同条件下光斑辐照pn结内部不同位置时单粒子瞬态电脉冲的差异,找到二极管内部更易产生单粒子效应的位置。通过光波长的调节,得出相同激光入射能量不同波长范围辐照情况下单粒子瞬态波形的差异,分析光波段中心波长对单粒子瞬态电脉冲参数的影响。
　　本文开展了超短脉冲模拟单粒子效应的基础研究,得出开封装二极管两端瞬态电流波形幅值和入射激光能量及中心波长呈线性关系;入射激光能量决定产生电子空穴对的数量且两者间呈线性关系,二极管外加偏压决定电荷收集的速度;pn结内部不同位置对光脉冲响应有很大差异。上述结论对于用脉冲激光模拟单粒子效应的实验技术及方法具有一定的借鉴意义。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题的来源和背景

1.1.1 空间辐射环境

1.1.2 空间辐射效应

1.2 单粒子效应

1.2.1 单粒子效应分类

1.2.2 单粒子效应的防护措施

1.3 国内外的研究现状

1.3.1 不同种类的模拟方式

1.3.3 目前研究现状中存在的问题

1.4 本文的主要研究内容及意义

第2章 飞秒激光模拟单粒子效应

2.1 脉冲激光模拟单粒子效应的理论分析

2.1.1 可行性分析

2.1.2 激光参数选择

2.1.3 线传能密度

2.2 实验所用器材及过程

2.2.1 实验器材介绍

2.2.2 实验过程

2.3 数据分析处理

2.3.1 单粒子瞬态脉冲波形随反偏电压的变化

2.3.2 单粒子瞬态脉冲波形随激光能量的变化

2.3.3 激光能量与反偏电压对收集电荷的影响

2.4 本章小结

第3章 皮秒激光模拟单粒子效应

3.1 实验设备及方案

3.1.1 实验设备介绍

3.1.2 实验过程

3.2 实验数据及分析

3.2.1激光辐照位置对单粒子瞬态电流的影响

3.2.2不同波长范围的波形差异

3.2.3入射光波长对单粒子瞬态电流的影响

3.2.4 皮秒激光模拟单粒子效应实验及规律总结

3.3 本章小结

结 论

展 望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢