高功率超宽带微波脉冲对半导体器件损伤的实验研究

摘要

随着技术的发展，各种半导体器件在雷达系统、自动控制系统、通讯系统、检测系统、侦察系统中被广泛应用。由于高功率超宽带脉冲辐射可通过天线、工艺缝隙、维护设备的舱口、通风口、供电系统、导线和电缆等进入电子系统，从而导致系统暂时失灵，甚至崩溃，造成不可估量的损失，因此，研究高功率微波脉冲对半导体器件作用的效应，以及对半导体器件工作中的干扰和影响，具有重要意义。 对于课题的研究，我们首先从理论入手，着重阐述电磁干扰在空间的传播及耦合的理论，再由分析半导体器件基本的物理结构及受到高功率微波脉冲辐照后的响应出发，由局部扩展至全局，考虑由此对整个电子系统的影响，即从理论出发，逐步构建实验系统，以实验的手段验证理论的可靠性。 课题主要目的是建立高功率微波实验系统，测定用半导体器件使用的是易于开发，灵活性强的CPLD芯片。实验系统建立之初，首先对金属屏蔽材料的屏蔽效能进行计算分析，根据分析结果和实验的具体要求改进设计；由于研究高功率微波干扰时，屏蔽盒上的孔缝效应也是必须考虑的影响因素，课题通过基本模型的建立，计算通过屏蔽机箱外壳的孔洞进入系统内部的干扰功率，从而评估干扰效能，进而指导并建构更为完善的实验系统。 课题最后通过两种实验系统的确立，分别从不同角度，以不同的方式验证了理论分析结果，得出了高功率微波辐射导致半导体器件毁伤的一些结论，为下一步的研究提供了更加丰富的理论依据和实验手段。

目录

文摘

英文文摘

本人声明

第一章绪论

1.1高功率微波技术的进展

1.1.1高功率微波源的概况

1.1.2高功率微波源的现状

1.2高功率微波效应及防护

1.3高功率微波对半导体器件损伤研究的重要性

1.4研究高功率微波实验系统的重要意义

1.5本文所进行的研究工作

1.6小结

第二章电磁干扰传播和耦合理论

2.1电磁波的空间特性

2.2电磁干扰的方式

2.3.1辐射干扰

2.3.2传导干扰

2.3电磁干扰对电子系统的耦合

2.4小结

第三章高功率微波的防护

3.1电磁屏蔽的基本原理

3.1.1屏蔽的基本概念

3.1.2屏蔽的基本原理

3.2电磁屏蔽效能的表示方法

3.2.1屏蔽效能的定义

3.2.2屏蔽效能的三个组成部分

3.3金属屏蔽材料屏蔽效能的计算

3.3.1普通平板金属屏蔽效能计算

3.3.2铝板和钢板屏蔽效能的计算实例及对比分析

3.3.3带有孔洞的厚金属屏蔽体屏蔽效能计算

3.3.4高功率微波对屏蔽体孔缝效应的计算机仿真

3.4提高对高功率微波屏蔽效能的措施

3.4.1提高机箱的屏蔽效能

3.4.2接缝处的屏蔽

3.4.3设备的良好接地

3.5 小结

第四章实验系统的设计

4.1实验系统的确立

4.1.1设计初步

4.1.2实验方案简介

4.1.3实验设备简介

4.2 HPM脉冲对半导体器件损伤实验的可行性论证

4.2.1 HPM脉冲破坏电子设备性能的物理基础

4.2.2高功率微波能量的耦合途径

4.2.3设计可行性

4.3对实验系统中电路的滤波和屏蔽设计

4.3.1实验中宽带滤波器的设计

4.3.2实验中PCB板电磁兼容设计

4.3.3屏蔽盒的设计

4.4实验设备接地的设计

4.5小结

第五章实验过程及结果分析

5.1实验系统装置图

5.2实验数据及结果分析

5.3实验结论

5.4小结

结束语

参考文献

致谢