宇航器件单粒子翻转效应的地面模拟研究

太空中存在着高能离子的辐射环境，卫星飞行时，很容易受到太阳宇宙射线、银河宇宙射线和辐射带的辐射，这些辐射会引起卫星中半导体器件的单粒子效应和总剂量积累效应，这些效应已成为当前卫星防护的主要考虑因素。 本文论述了单粒子效应研究的重要意义、国际上研究现状以及我国开展这方面研究的紧迫性和必要性。介绍了单粒子效应中翻转和锁定现象的基本概念及常用研究手段，中高能重离子与材料相互作用机理以及半导体材料中的电荷收集过程。 本工作利用兰州重离子加速器产生的132MeV16O6+离子辐照8086微处理器，研究了该器件的翻转截面与能损关系、每一个寄存器的翻转情况及翻转数目与存贮内容相关性等。 研究表明，在相同辐照条件下，该器件的每一个寄存器的翻转情况，仍存在着很大的差异，这是由于寄存器在器件上的版面布局造成；单粒子翻转饱和截面为1.0×10-4cm2，翻转阈值小于5MeV-cm2/mg，与国外报道的数据相比，取得了较一致的结果；当器件逻辑状态分别处于低、高两种不同电压状态下，两者翻转数目之比为0.14，分析并提出了翻转数目之比与存贮内容相关性现象是由于半导体器件中的载流子（电子和空穴）迁移率的不同，引起“0→1”和“1→0”两种翻转的电荷脉冲幅度的不同，最终造成两种翻转数目不同。 总之，我们利用兰州重离子加速器开展单粒子效应研究工作，掌握了该器件抗单粒子翻转的特性，取得了令人满意地结果，能够为国内宇航器件单粒子效应的地面评估提供有效和可靠的测试手段，促进和推动利用这一设备开展单粒子效应研究，为今后进一步研究，奠定了良好的物质基础。