1.研究背景
新一代航天器（例如电推进卫星）需要采用1200V 高压快速恢复二极管来提高效率并减轻重量。例如，NASA的研究表明，300V太阳能发电系统比120V系统轻2457kg，高压化趋势显而易见。然而，太空辐射环境（单粒子效应、电离总剂量效应等）对器件的可靠性构成威胁，尤其是可能导致器件失效的单粒子烧毁（SEB）。因此，研究高压快速恢复二极管的抗辐射性能至关重要。
2.实验方法
2.1 粒子选择和辐照率
在中国，HIRFL（LET > 95 MeV·cm²/mg）回旋加速器和HI-13（LET ≤ 37.2 MeV·cm²/mg）串列静电加速器被用于模拟空间辐射。测试辐照率通常为1至10⁴/(cm²·s)，高辐照率用于加速SEB评估。
2.2 单粒子效应检测系统
- 实时监测：利用高精度运算放大器电路转换微小电流信号，检测阴极阳极漏电流（纳安级）。
- 远程控制：通过电脑控制反向电压（VR），自动采集数据，确保测试安全。
2.3 样品制备
由于测试范围的限制，传统的玻璃钝化封装二极管无法直接测试。因此，采用了一种等效的样品制备方法：
- 玻璃内部钝化工艺：保护芯片结构并切换到 金属封装（例如 TO 型） 。
- 测试步骤：监测漏电流 (IR)。如果 IR 突然增大或器件导通，则判定为 SEB。当剂量达到 1×10⁷/cm² 或发生一次 SEB 时，测试停止。
3.测试结果及分析
我们对A、B、C三家公司的1200V快速恢复二极管进行了测试：
- A公司：当VR=820V时，抗SEB的LET阈值>81.35MeV·cm²/mg。
- 公司 B：当 VR = 940V 时，LET 阈值大于 81.35 MeV·cm²/mg。
- C公司：当VR=840V时，LET阈值大于79.24 MeV·cm²/mg；安全电压范围为840至960V 。
失效机制
SEB可能发生在末端结构或活性区域：
- 终端区：高能粒子的撞击导致瞬态电流突然增加，局部过热导致击穿。
- 活性区：在电场作用下，电子-空穴对形成大电流，引发雪崩击穿和热失效。
结论与展望