宇航用硅基高压快恢复整流二极管单粒子烧毁效应研究.pptxVIP

汇报人：

2024-01-15

宇航用硅基高压快恢复整流二极管单粒子烧毁效应研究

目录

CONTENTS

引言

硅基高压快恢复整流二极管概述

单粒子烧毁效应理论分析

宇航用硅基高压快恢复整流二极管单粒子烧毁效应实验研究

宇航用硅基高压快恢复整流二极管单粒子烧毁效应防护措施研究

总结与展望

引言

国内外研究现状

目前，国内外学者已对硅基高压快恢复整流二极管的单粒子烧毁效应开展了广泛研究，取得了一系列重要成果，但仍存在许多亟待解决的问题。

发展趋势

随着空间辐射环境模拟技术、器件级仿真技术和实验测试技术的不断进步，硅基高压快恢复整流二极管的单粒子烧毁效应研究将更加深入、系统，有望为解决宇航电子系统的辐射效应问题提供有力支撑。

本研究旨在揭示硅基高压快恢复整流二极管在宇航环境中的单粒子烧毁效应机理，评估其抗辐射性能，为提高宇航电子系统的可靠性提供理论和技术支持。

研究目的

本研究将采用理论建模、仿真分析和实验测试相结合的方法，对硅基高压快恢复整流二极管的单粒子烧毁效应进行深入研究。具体包括以下几个方面

研究内容

2.利用器件级仿真工具，模拟硅基高压快恢复整流二极管在不同辐射条件下的电学特性和烧毁过程。

3.搭建实验测试平台，对硅基高压快恢复整流二极管进行单粒子烧毁效应实验，验证仿真结果的准确性。

4.根据仿真和实验结果，评估硅基高压快恢复整流二极管的抗辐射性能，提出针对性的优化措施。

硅基高压快恢复整流二极管概述

硅基高压快恢复整流二极管（Si-HFRD）通常采用PIN结构，即在P型半导体和N型半导体之间加入一层本征半导体（I层），形成PN结。

结构

当正向电压作用于Si-HFRD时，P区和N区的多数载流子向对方扩散，形成正向导通电流。在反向电压作用下，由于I层的存在，能够承受较高的反向电压而不被击穿。

工作原理

Si-HFRD可用于开关电源、逆变电源等场合，实现高效率、低损耗的电能转换。

电源领域

电机驱动

照明领域

其他领域

在电机驱动领域，Si-HFRD可用于整流桥、逆变桥等电路，实现电机的可靠驱动和控制。

Si-HFRD可用于LED照明、荧光灯等照明设备的驱动电路，提高照明效率和质量。

Si-HFRD还可应用于汽车电子、航空航天、通信等领域，满足各种特殊应用需求。

单粒子烧毁效应理论分析

单粒子烧毁效应定义

单粒子烧毁效应是指单个高能粒子穿过微电子器件的敏感区域，通过电离作用产生大量电荷，导致器件局部过热、性能退化或完全失效的现象。

产生原因

在宇宙空间或高能物理实验中，存在大量高能粒子，如质子、中子、重离子等。当这些粒子穿过硅基高压快恢复整流二极管等微电子器件时，会在器件内部产生电离作用，生成电子-空穴对。在强电场作用下，这些电荷被加速并获得高能量，最终导致器件局部过热、性能退化或完全失效。

电离作用模型

根据粒子与物质相互作用理论，建立高能粒子在硅基材料中的电离作用模型，描述粒子穿过器件时产生的电子-空穴对数量及分布。

器件物理模型

基于半导体器件物理理论，建立硅基高压快恢复整流二极管的物理模型，包括器件结构、材料参数、工作原理等。

热效应模型

考虑电子-空穴对在强电场作用下的加速过程及能量传递机制，建立热效应模型，描述器件局部温升及热应力分布情况。

材料参数

通过查阅相关文献或实验测量，获取硅基材料的载流子迁移率、禁带宽度、热导率等关键参数。

器件结构参数

根据具体器件的结构设计，确定器件的尺寸、掺杂浓度、电极材料等结构参数。

粒子能量及通量

根据宇宙空间或高能物理实验中的粒子能谱和通量数据，选择合适的粒子种类、能量和通量作为输入条件。

计算方法

采用数值计算方法，如有限元法、有限差分法等，对建立的数学模型进行求解，得到器件在单粒子烧毁效应下的性能退化情况。

宇航用硅基高压快恢复整流二极管单粒子烧毁效应实验研究

粒子加速器

靶室设计

探测系统

数据采集与处理

用于提供不同能量、不同种类的粒子束，模拟空间环境中的粒子辐射。

用于实时监测和记录实验过程中的电流、电压等参数，以及粒子击中二极管时的瞬态响应。

确保实验过程中的真空度，减少空气对粒子束的影响，同时安装硅基高压快恢复整流二极管样品。

采用高速数据采集系统，对实验数据进行实时采集、存储和处理。

能量范围选择

根据空间环境中可能出现的粒子能量范围，选择合适的粒子加速器能量参数。

角度范围选择

模拟粒子以不同角度入射到硅基高压快恢复整流二极管的情况，研究角度对单粒子烧毁效应的影响。

数据记录

详细记录每个实验条件下的粒子击中情况、二极管的响应以及烧毁现象等信息。

宇航用硅基高压快恢复整流二极管单粒子烧毁效应防护措施研究

材料厚度对防护效果的影响

增加材料的厚度可以提高防护能力，但也会增加器件的体积和重量，需要权衡考虑。

VS

综合考虑材料、厚度、电路设计等因素，进