国外电子元器件抗辐射加固技术发展综述

SOI技术的抗辐照能力报告目录SOI技术的定义： (3)SOI技术的特点： (3)空间辐射问题： (5)电子元器件所受到的辐射效应分类 (7)常用的四种抗辐射材料： (7)SOI抗辐照技术 (8)SOI技术的抗辐射指标 (8)SOI技术和体硅CMOS技术两种技术抗辐射效应的对比 (8)SOI器件实例： (9)SOI技术的应用： (10)SOI技术国际主流公司： (10)SOI产业联盟： (11)国内SOI技术研究： (11)SOI技术的市场份额： (12)SOI技术的定义：SOI技术是指：在硅衬底上嵌入绝缘体埋层，再在埋层上生长单晶硅薄膜的材料制备技术。

SOI是英文Silicon On Insulator的缩写，指的是绝缘层上的硅。

SOI技术是指在绝缘层上形成一层具有一定厚度的单晶半导体硅薄膜的材料制备技术。

SOI材料可实现完全的介质隔离，与由PN结隔离的体硅相比，具有无闩锁、高速率、低功耗、集成度高、耐高温等特点，在便携式电子产品、航天、卫星通讯等领域均受到普遍重视，被称为“21世纪的微电子技术”。

SOI(Silicon-On-Insulator)字面意思是绝缘体上硅，可以理解为一种特殊结构的硅材料。

而SOI技术却包含非常丰富的内容。

SOI 技术也包括材料、器件和集成电路制造技术。

SOI技术的特点：SOI技术作为一种全介质隔离技术，有着许多体硅技术不可比拟的优越性。

在SOI技术中，器件仅制造于表面很薄的硅膜中，器件与衬底之间由一层隐埋氧化层隔开，正是这种独特的结构使得SOI技术具有了体硅器件所无法比拟的优点。

SOI CMOS器件具有功耗低、抗干扰能力强、集成密度高（隔离面积小）、速度高（寄生电容小）、工艺简单、抗辐照能力强，并彻底消除了体硅CMOS器件的寄生闩锁效应等优点。

随着SOI顶层硅膜厚度减薄到全耗尽工作状态（硅膜厚度小于有效耗尽区宽度）时，全耗尽的SOI 器件将比传统SOI 器件具有更优越的特性，这种全耗尽SOI 结构更适合于高性能ULSI 和VHSI 电路。

gan-hemt的发展历史gan-hemt（Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor）是一种基于氮化镓材料的高电子迁移率晶体管。

它在现代射频和微波应用中具有重要的地位，被广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。

gan-hemt的发展历史可以追溯到上世纪80年代，下面将为大家详细介绍gan-hemt的发展历程。

gan-hemt最早的雏形可以追溯到20世纪70年代，当时科学家们开始探索使用氮化镓材料制造高频功率器件。

但是由于材料制备和工艺技术的限制，直到80年代中期，gan-hemt才真正得到发展。

1985年，日本东京大学的研究团队首次制备出了原始的gan-hemt 器件，并进行了相关的实验研究。

当时，由于缺乏成熟的氮化镓材料和工艺技术，gan-hemt的性能和可靠性都存在一定的问题。

但是这一突破标志着gan-hemt的诞生，为后续的研究和发展奠定了基础。

随着研究的深入，gan-hemt的性能逐渐得到提升。

1990年，研究人员首次实现了gan-hemt的高电子迁移率效应，这使得gan-hemt具备了更高的工作频率和功率特性。

此后，gan-hemt开始在军事领域得到广泛应用，用于制造高频功率放大器和雷达系统。

1995年，科学家们首次实现了gan-hemt的高电子迁移率电子通道，并进一步提高了其性能。

这一突破使得gan-hemt在射频和微波领域的应用更加广泛，成为无线通信和卫星通信等领域的重要器件。

2000年代初，随着氮化镓材料制备技术的进一步发展，gan-hemt的性能得到了进一步提升。

研究人员成功实现了低电阻和高迁移率的氮化镓材料，使得gan-hemt的工作频率和功率特性得到了进一步提高。

这一时期，gan-hemt在通信和雷达系统中的应用逐渐增多，成为射频和微波领域的主流器件之一。

随着技术的进一步成熟，gan-hemt的性能不断提高。

研究人员通过优化材料和工艺技术，进一步降低了gan-hemt的电阻和噪声系数，提高了其工作频率和功率特性。

星载电子设备抗辐照分析及元器件选用自1971年至1986年期间,国外发射的39颗同步卫星因各种原因造成的故障共计1589次,其中与空间辐射有关的故障有1129次,占故障总数的71%,由此可见卫星和航天器的故障主要来源于空间辐射。

1、抗辐照分析空间辐照环境中的带电粒子会导致星载电子设备工作异常和器件的失效,严重影响航天器的可靠性和寿命。

星载电子设备在工作期间所遇到的辐照问题主要是受到空间高能粒子(重离子和质子)的影响。

1.1 总剂量效应总剂量效应指在电子器件的特性(电流、电压门限值、转换时间)发生重大变化前,器件所能承受的总吸收能量级,超过这个能量级后器件就不能正常工作(出现永久故障)。

该剂量用Rad(Si)即存积在1gSi中的能量来度量。

典型轨道预计辐射量见表1。

总剂量效应会引起星上电子器件的物理效应和电器效应如产生电子空穴对、影响载流子的流动、对双极型器件会降低其增益,对CMOS器件会使其阈值电压漂移、降低转换速率等。

另外在对某星载雷达所用CMOS器件进行总剂量实验时发现,总剂量效应在器件断电后会有一定的退火现象,但如果再加大辐射剂量,退火后的器件很快就不能工作。

所以对长寿命、高可靠的星载电子设备,必须考虑元器件的在轨期间的总剂量问题。

对于总剂量效应的防护可采用如下2种方法。

(1)选择半导体工艺:选择对宇宙射线不敏感的材料,CMOS蓝宝石硅片(SOS)工艺是目前最合适的工艺,但其成本高于其工艺。

(2)辐射屏蔽:卫星的结构框架以及电子设备的外壳的屏蔽作用可减轻辐射的影响,一般可减少2krad～3krad。

因为屏蔽材料本身有2次辐射,所以它并不能有效地防护高能粒子(宇宙射线)产生的影响。

2、单粒子效应空间辐照环境使星载电子器件产生单粒子现象(SEP)。

随着电子器件集成度不断提高,器件尺寸不断减小,星载电子设备也变得更加复杂,电子系统更易受到瞬态干扰,因此在星载电子系统的设计过程中不仅要考虑辐射总剂量的影响同时也要研究高能粒子引起的单粒子现象。

目录一、辐射环境 (2)1.1 范艾伦辐射带 (2)1.1.1 内辐射带（Inner Belt） (3)1.1.2 外辐射带（Outer Belt） (3)1.2 宇宙线辐射环境 (3)1.2.1 银河宇宙线 (3)1.2.2 太阳宇宙线 (3)1.3 核爆辐射环境 (4)1.4 存在电离总剂量辐射的环境 (4)二、总剂量辐射损伤的产生机理 (4)三、电离总剂量辐射对器件的影响 (6)3.1 总剂量辐射对NMOS晶体管关态漏电流的影响 (6)3.2 总剂量辐射对VDMOS晶体管1/f噪声的影响 (7)3.3 总剂量辐射对SRAM静态功耗电流的影响 (8)3.4 总剂量辐射对SRAM功能的影响 (9)四、针对辐射损伤所采取的辐射加固方法 (9)4.1 环形栅结构 (10)4.2 H形栅结构 (13)4.3 P+保护环 (15)4.4 厚场氧旁附加薄场氧层 (16)电离总剂量辐射效应及加固方法解析起草人：丛忠超一、辐射环境辐射环境主要包括空间自然辐射环境和人造辐射环境两种。

其中，空间辐射环境又可以分为范.艾伦辐射带和宇宙射线两种，而人造辐射环境主要是指核武器爆炸和地面辐射模拟源两种。

下面针对上述辐射环境进行详细介绍。

1.1 范艾伦辐射带所谓地球辐射带就是指那些存在于地球周围的高能粒子集中的区域，一般存在于近层宇宙空间中，即距离地球100公里到几百公里的空间。

它是由美国科学家詹姆斯·范艾伦于1958年根据美国第一颗卫星的空间粒子探测得出结果推测发现的，因此被称为范·艾伦辐射带。

范.艾伦辐射带是由地磁场俘获高达几兆电子伏的电子以及高达几百兆电子伏的质子组成，其中只有很少百分比像O+这样的重粒子，其分布结构图如2.1所示。

由图可知，高能质子与高能电子主要分布在两个对称的集中区域，在赤道附近呈环状绕着地球，并向极地弯曲，这两个区域分别被称为内辐射带和外辐射带，简称内带与外带，其中距离地球较近的称为内带，距离地球较远的称为外带，它们共同组成了范艾伦辐射带，下面将分别介绍内带与外带。

２栅年第ｌ期航天控制星载计算机抗辐射加固技术华更新王国良郭树玲北京控制工程研究所，北京１０００８０、ｊ氐ｂ摘要为掌握星载计算机系统级抗辐射加固技术，针对星栽计算机的抗辐射薄弱环节．研究抗辐射加固措施，完成了３８６日三机变结构原理样机。

重点研究了抗单粒子效应多机客错技术和存储器校验技术，抗总剂量效应屏蔽材料和屏蔽工艺。

最后研究了实时多任务操作系统及其抗辐射问题。

主题词星载计算机辐射加固单粒子效应总荆量效应您ｌｄｉａ廿∞Ｈ盯ｄｅｎｉｌ培艮｝ｃｈＩＩｉｑＩｌ瞪ｆｏｒｏｎ－ｂ０龇曰Ｃ伽叩哪ｔｅ璐ＨｕａＧ朋鲥ｎｗ锄ｇＧｕｏｌｉ粕ｇＧｕｏｓ｝ｎｄｉｎｇＢｅ玎峨ｈ蛄眦ｅｏｆｃｏｎ廿ｄＥＩｌｇｉｎｅｅｄｌｌｇ，Ｂｅ玎峨１删Ａｈ嘲ｚｋｆ７ｂ括蠡似ｍ耐越幻，砌蹴ｒ旃ｅ可咖ｍ如耐ｍｄ珏ｉＤｎ＾ｃＢ砘面１９蛔知矗砷螂一０Ｂｃ．Ｆ０ｒ妇１ｔ砌抽ｅ站ｏ，加兀．础｜ｆｏｎ＾ｄ，＿如ｎ打ｗ０Ｂｃ，伽ｋ糖删ｍＰ丘ｓｋｄ‘ｋ３８６麟ｐｍ∞印删如廊ｋｍ础加砌俐“叮㈣№．耽血㈣毗眦溉∞删ｄ—ｍｏｃｈ‘ｆ凹陀出ｍ如７呵口，“ｅ珊ｒ出。

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星载计算机有两种技术实现途径：一是采用高等级的抗辐射芯片来制造星载计算机，这种途径的优点是不用担心辐射问题，且不用采取冗余抗辐射措施；面临的问题是抗辐射芯片价格昂贵，批量小，制造周期长，采购困难，可选择的面也很窄。

二是选用合适的非加固器件来制造星载计算机，这种途径的优点是价格便宜，芯片采购容易，来源广泛；面｛Ｉ缶的问题是必须采取各种抗辐射措施来克服非加固器件抗辐射能力弱的缺点。

学术论坛科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2331 辐射加工进展从20世纪60年代开始，国际上辐射加工产业就进入了快速发展期，尤其是美日等发达国家更是特别突出，通过政府扶持和市场拉动，已经形成了高效、节能、无污染的新兴产业。

90年代后许多国家级国际原子能机构都把核应用技术列入国家发展计划，欧共体各国开展了BRITE研究和发展计划，以推动高分子材料辐射改性；日本和美国制定了“推进辐射技术计划”。

美国的辐射技术主要在军转民用尤为突出，如高性能热缩材料及制品、经辐照处理的宇航食品等等；日本的辐射加工产业主要应用于高性能线缆、电子器件、功能性材料等方面，采用了电子束辐照预硫化技术工艺生产子午线轮胎，同时为轿车产业生产出多品种、高性能配件材料；英国政府实施了为支持英国企业发展核技术获得必要支持的一系列举措，以帮助本国的民用核工业，实现向低碳产业转型；法国、瑞士、韩国、印尼、菲律宾、马来西亚等国家都在积极的开展辐射化工产品的研究开发。

各国政府积极鼓励本国企业与科研机构合作, 开展以产业化为目标的辐射化工技术创新，许多交叉学科和应用技术应运而生，产生了许多新兴行业，取得了广泛的社会效益和经济效益[1]。

与美日等发达国家相比, 我国辐射化工产业存在很大的差距，虽然产品有10多大类，但是长期以来以辐射交联电线电缆和热缩材料两类产品为支撑, 主导产品种类少,产品结构简单,而美日等国除上述两类产品外,在PTC器件、发泡材料、轮胎硫化、EB涂层固化等领域都具有相当的规模。

为了尽快培育和壮大我国核技术应用产业，使核技术成为国民经济发展新的增长点，国家发展改革委于2004年起滚动实施民用非动力核技术高技术产业化专项，先后有近30 个项目陆续获得政策性支持。

其中专项支持的重点技术方向之一的辐射加工和材料改性技术包括辐照改性交联线缆，橡胶硫化、表面固化、发泡材料、碳化硅陶瓷纤维、离子注入等等。

超宽禁带半导体材料国内外研究进展及发展机遇与挑战超宽禁带半导体材料是指能够在可见光范围外接近到红外甚至远红外波段都有良好的光电特性的半导体材料。

这种材料的研究对于高性能光电器件、激光器件、光电探测器件等方面具有非常重要的意义，也被广泛应用于光电通信、太阳能电池、红外探测等领域。

目前，超宽禁带半导体材料的研究在国内外已经取得了一定的进展。

国外在这方面的研究较早，并且积累了丰富的经验和成果。

美国、日本等国家的一些研究机构和大学在超宽禁带半导体材料研究方面取得了一些重要的突破，如碲化镉（CdTe）和碲化镉镓（Cd1-xZnxTe）等材料在光电器件中的应用已经取得了一定的商业成功。

而国内的研究主要集中在超宽禁带半导体材料的合成和器件应用方面。

一些大学和研究所在材料合成方面做了一些有意义的尝试，如采用化学气相沉积、分子束外延等技术合成超宽禁带半导体材料，并且研制出了一些高性能的光电器件。

但整体来看，国内在这一领域的研究与国外还存在一定的差距。

超宽禁带半导体材料的研究发展面临着一些机遇和挑战。

首先，随着光电通信、激光雷达、太阳能电池等领域的快速发展，对超宽禁带半导体材料的需求日益增加，市场前景广阔。

其次，随着科研技术的不断进步，材料合成和器件制备的技术水平不断提高，为超宽禁带半导体材料的研究提供了更多的可能性。

然而，超宽禁带半导体材料的研究也面临着一些挑战。

首先，由于材料的特殊性质和复杂性，合成技术和器件制备技术相对较难，需要投入大量的人力和物力。

其次，由于国内在这一领域的研究起步相对较晚，缺乏相关经验和积累，需要加大科研投入和人才培养力度。

总的来说，超宽禁带半导体材料是未来光电材料领域的一个重要方向，具有巨大的应用潜力和市场前景。

我国在这一领域的研究应该加强与国外的合作交流，加大科研投入，推动超宽禁带半导体材料的研究与应用，为我国光电材料产业的发展做出更大的贡献。