空间辐射效应试验平台装置

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一、硅基器件单粒子效应激光试验装置

1. 装置简介

硅基器件单粒子效应激光试验装置(PLSEE)位于北京市海淀区及怀柔区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2007年1月开放试验。装置基于单光子吸收机制,通过光致电离在硅基器件内部产生高电荷密度的电子-空穴对,模拟高能粒子诱发的单粒子效应,该装置能够开展:

l硅基单粒子效应(SEU、SEL、SET、SEFI、SEB)定量评估与筛选、加固设计验证;

l单粒子效应敏感部位扫描测绘;

l定时、定点、指定类型单粒子效应故障注入;

l单粒子效应原始电荷脉冲测试采集。


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2. 主要参数

l试验器件类型:正面开封装器件(不超过3层金属布线)、背部开封装器件(倒封装器件及裸芯片等,硅衬底厚度小于700 μm无需减薄)

l单粒子效应试验等效LET值范围:0.5—120 MeV•cm2/mg;单粒子锁定阈值测试不确定度:≤25%

l单粒子效应薄弱点定位精度:≤2 μm,敏感区域测绘分辨率:≤0.1μm

l单粒子效应收集电荷脉冲测量宽度:≤100 ps

l聚焦光斑直径最小1μm,激光重复频率1-10KHz, 脉宽15ps, 单脉冲能量1mJ(@1KHz)

3. 试验测试条件和要求

1)试验样品要求

l器件金属布线层≤3层,可以正面开封装,其他情况下以背部开封装为最优,穿透深度700μm,硅衬底厚度小于700 μm无需减薄

l样品面积小于100mm×100mm

2)试验样品布放条件

l大气环境下试验;

l试验支架:试验板尺寸300mm×300mm;

l试验板高度小于100mm;

l承重10kg;

l移动范围:100mm


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3)供配电、信号传输线缆及接囗

测试间、试验准备间提供:

25V/7A 50V/4A; 5V/5A; ±25V/1A; 800V/1.44A

信号传输线缆>1m,接口满足自身测试要求即可

4)可提供的测试设备和常用工具清单

(可列表,内容包括:设备名称 型号 数量备注)
Aglient   信号发生器 33220A   1

Aglient  数字万用表 34411A   1

Aglient  电源        E3634A  1

Aglient  电源        E3634A  2

Tektronix 示波器     MSO4054 1

GwInstek  高压电源   PSW 800-1.44

二、宽禁带器件单粒子效应激光试验装置(FLSEE)

1. 装置简介

宽禁带器件单粒子效应激光试验装置(FLSEE)位于北京市怀柔区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2013年5月开放试验。装置基于脉冲激光单双光子吸收机制,通过光致电离,在宽禁带器件内部产生高电荷密度的电子-空穴对,模拟高能粒子在半导体器件中产生的电子-空穴对而触发器件的单粒子效应,该装置能够开展:

l适用于SiC、GaN、GaAs等宽禁带器件的单粒子效应(SET、SEB)定量评估与筛选、加固设计验证;

l单粒子效应敏感部位扫描测绘;

l单粒子效应原始电荷脉冲测试采集。

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2. 装置辐射场主要参数

l激光脉宽35fs,激光波长260nm-2600nm

l波长小于1000 nm激光波长聚焦后光斑直径小于1μm,激光重复频率1K/5KHz, 单脉冲能量1mJ(@5KHz)

l试验器件类型:正面开封装器件(不超过3层金属布线)、背部开封装器件(SiC衬底厚度小于300 μm无需减薄)及裸芯片等

l双光子吸收单粒子效应试验等效LET值范围:1—100 MeV•cm2/mg

l单粒子效应薄弱点定位精度:≤2 μm,敏感区域测绘分辨率:≤0.1 μm

l单粒子效应收集电荷脉冲测量宽度:≤100 ps

3.试验测试条件和要求

1)试验样品要求

l器件金属布线层≤3层,可以正面开封装,其他情况下以背部开封装为最优,SiC衬底厚度小于300 μm无需减薄

l样品面积小于100mm×100mm

2)试验样品布放条件

l大气环境下试验;

l试验支架:试验板尺寸300mm×300mm;

l试验板高度小于100mm;

l承重10kg

l移动范围:100mm

 

 

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3)供配电、信号传输线缆及接囗

测试间、试验准备间提供:

25V/7A 50V/4A;5V/5A, ±25V/1A;2500V/10mA;60V/3A 6V/3A

信号传输线缆>1m,接口满足自身测试要求即可

4)可提供的测试设备和常用工具清单

(可列表,内容包括:设备名称   型号   数量   备注)

Aglient   信号发生器 33220A   1

Aglient   信号发生器 81150A   1

DH     电源        DH1766  2

Lecory  示波器      813Zi-B   1

Aglient  电源        E3634A  1

Aglient  电源        E3634A  2

Aglient  数字万用表 34411A  1

KeySight 数字万用表 34461A  1

NGI  高压电源   N3225-2.5K-M0010  1

三、核瞬态剂量率效应激光试验装置(NLTDRE)装置

1.装置简介

核瞬态剂量率效应激光试验装置(NLTDRE)位于北京市怀柔区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2007年6月开放试验。该装置工作原理如下:

瞬态剂量率效应是瞬间高剂量率γ射线与半导体材料相互作用产生电子空穴对形成瞬态电流。激光模拟瞬态剂量率效应原理是脉冲激光与集成电路半导体材料相互作用通过光电效应产生电子空穴对形成瞬态光电流。该装置功能是:

l抗核瞬态剂量率效应定量评估、筛选以及加固设计验证

l获取瞬态剂量率敏感区域分布特征

l等效剂量率范围宽且可精细调节,激光光斑均匀且可调

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2.装置辐射场主要参数

l可实现1×106-1×1012 rad(Si)/s范围瞬态剂量率效应模拟

l可实现20×20 mm2大小的全芯片辐照

l光斑能量均匀性优于80%

l器件薄弱点定位精度可达μm量级

3.试验测试条件和要求

1) 试验样品要求

l器件金属布线层≤3层,可以正面开封装,其他情况下以背部开封装为最优,穿透深度700μm,通常情况下无需减薄。

l辐照区需小于20×20 mm2。

2) 试验样品布放条件

l无需真空,大气环境;

l试验支撑:试验电路板尺寸不超过30×30 cm2,重量不超过10 kg。

3) 供配电、信号传输线缆及接口

l220 V供电,线缆和接口视用户试验器件而定

4) 可提供的测试设备和常用工具清单

l可提供直流电源(<30 V)、标准示波器、连接线材和支撑固定等。

四、怀柔(50MeV)质子回旋加速器

1.装置简介

怀柔(50MeV)质子回旋加速器设施(HuaiRou Proton Cyclotron Facility,HRPCF)中文简称“怀柔质子加速器”位于北京市怀柔区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2022年6月开放试验。回旋加速器直径约4米,高度2.5米,总重量约80吨,采用安装在加速器内部的潘宁负氢离子源产生负氢离子束。束流引出方式为剥离引出,引出效率高于99%。加速器最高引出能量50MeV,最低引出能量10MeV。束流从回旋加速器引出后经过两台45度偏转磁铁的偏转,再进入到实验厅。该装置可开展:

l器件、材料、太阳电池位移损伤效应试验

l器件及电路板级质子单粒子效应试验

l空间生物样品宽束、微束辐照试验

l探测器标定试验

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2.装置辐射场主要参数

l质子最高能量:50 MeV

l质子最低能量:10 MeV

l束流密度:5×105~5×1010 p/cm2∙s

l辐照面积:20 cm×20 cm

3.试验测试条件和要求

1)试验样品要求

l器件不需要开封装,质子在射程为10mm(铝中射程);

l样品面积小于200mm×200mm。

2)试验样品布放条件

l以大气环境下试验为主,实验室配备有φ750mm×600mm工作真空度优于5×10-4Pa的真空试验腔,若需真空试验需提前联系;

l试验支架:大气试验时配备400mm×400mm样品固定支架;

l承重10kg;

l移动范围:试验直接可通过远控端在垂直束线方向的平面二维移动,移动范围2000mm×500mm,样品安装和移动台如下所示。

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3)供配电、信号传输线缆及接囗

220V市电、40米BNC电缆、40米12芯供电电缆、试验大楼内部局域网和网络接口。

4)可提供的测试设备和常用工具清单

数字万用表、5V/30V直流电源、示波器、常用五金工具。

 

五、怀柔(5MeV)电子直线加速器

1. 装置简介

怀柔(5MeV)电子直线加速器设施(HuaiRou Electron LINAC Facility, HRELF),中文简称“怀柔电子加速器”,装置位于北京市怀柔区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2021年6月开放试验。5MeV电子直线加速器是采用微波功率加速电子的装置,其基本工作原理为:电子枪产生的电子进入加速管,在传输的过程中,由加速管前部的耦合器输入脉冲微波功率,电微波的高频电磁场使电子束加速结构不断获得微波能量而聚焦加速,得到一定能量增益的电子束从加速器出口输出,通过降能系统和聚焦准直以及偏转磁铁处理得到指定能量,而后利用磁场力进行聚焦扩束和扫描,将成束的电子均匀照射到被照物体。加速器整体方案包括电子直线加速器和束流传输处理系统。电子直线加速器包括高压脉冲调制器系统、恒温水冷系统、电子束射线机头和控制系统;束流传输处理系统包括降能系统、螺线管透镜、准直器、270度偏转选能系统、扩束系统扫描等。该装置可开展:

l航天器部件和单机的深层充放电实验测试

l航天材料与器件的总剂量辐照实验测试

l卫星用太阳电池的位移损伤效应测试

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2. 装置辐射场主要参数

l可进行大气/真空辐照试验

l电子能量:0.5-5 MeV连续可调

l束流强度:1-100 pA/cm2连续可调

l最大辐照面积:800×800 mm

l真空度:优于1×10-4 Pa

3.试验测试条件和要求

1)试验样品要求

l器件不需要开封装,电子在射程为12mm(铝中射程)。

l样品面积小于800mm×800mm

2)试验样品布放条件

l真空室φ1450mm×1400mm工作真空度优于1×10-4Pa;

l电子束右上往下竖直辐照,具备温控试验台与常温试验台,其中常温试验台尺寸1000mm×1000mm,温控试验台尺寸400mm×400mm温控范围-80℃至100℃(注:低温试验需真空条件进行);

l试验台承重30kg;

l电子加速器配备钛窗,可实现真空与非真空辐照试验。真空室及样品台布局如下所示。

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3)供配电、信号传输线缆及接囗

220V市电、15米BNC电缆、SMA接头、耐压20kV的高压接头,15米51芯电缆。

4)可提供的测试设备和常用工具清单

数字万用表、5V/30V直流电源、示波器、常用五金工具。

六、航天器充放电效应试验装置

1. 装置简介

航天器充放电效应试验装置位于北京市海淀区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2011年6月开放试验。航天器充放电效应试验装置是地面模拟航天器充放电效应的专用实验装置,利用真空系统、温控系统、90Sr-90β源和最高能量100 keV的电子枪,可对卫星轨道的高能电子环境进行较真实模拟。该装置可实现:

l材料表面与深层充放电效应实验

l空间静电放电对器件与电路影响实验

l太阳电池充放电效应实验

l航天用绝缘材料电导率测量

l充放电效应探测器标定

2. 装置辐射场主要参数

l深层充放电试验放射源电子能量最高2.28 MeV,束流强度1-10 pA/cm2

l表面充放电试验电子枪能量5-100 keV可调,最大束流强度100 μA,束斑直径300mm。

l真空室尺寸φ1000mm×1400mm,系统工作真空度优于6×10-4 Pa,装置的照片如下图所示。

l真空室内配备三维移动机构,移动范围30cm×40cm×50cm,载重1kg。

l温控样品台尺寸φ20cm,温控范围-40℃~80℃。

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3.试验测试条件和要求

1)试验样品要求

可满足材料和小型单机实验的需求。

样品面积小于300mm×400mm×500mm。

2)试验样品布放条件

样品可放置在真空室内的样品台上,其中电子枪产生的电子束竖直向下辐照试样,放射源产生的电子水平方向辐照试验。

3)供配电、信号传输线缆及接囗

220V市电、SMA接头、耐压20kV的高压接头,51芯电缆。

4)可提供的测试设备和常用工具清单

 罗氏线圈、脉冲电池仪、静电电位计、飞安表、数字万用表、5V/30V直流电源、示波器、常用五金工具。

 

七、Sr90 β源低剂量率辐照试验装置

1. 装置简介

Sr90 β源低剂量率辐照试验装置位于北京市海淀区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2011年6月开放试验。该装置可实现:

l电子器件与材料低剂量率电子辐照试验测试

l功能部件连续能谱空间电子辐照效应试验测试

2. 装置辐射场主要参数

l连续能谱电子最大能量2.28 MeV

l剂量率0.001-0.1 rad/s

l真空室尺寸φ1000mm×1400mm,系统工作真空度优于6×10-4 Pa,装置的照片如下图所示。

l真空室内配备三维移动机构,移动范围30cm×40cm×50cm,载重1kg。

l温控样品台尺寸φ20cm,温控范围-40℃~80℃。

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八、太阳电池等离子体环境放电试验装置

1. 装置简介

太阳电池等离子体环境放电试验装置位于北京市海淀区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2011年6月开放试验。该装置可实现:

lLEO等离子体环境及效应模拟试验测试

l太阳电池在低轨等离子体条件下的放电效应模拟试验测试

2. 装置辐射场主要参数

l等离子体密度106-108/m3

l真空度优于5×10-3Pa

l真空室尺寸φ1000mm×1400mm,系统工作真空度优于6×10-4 Pa,装置的照片如下图所示。

l真空室内配备三维移动机构,移动范围30cm×40cm×50cm,载重1kg。

l温控样品台尺寸φ20cm,温控范围-40℃~80℃。

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九、微小碎片撞击试验装置

1. 装置简介

微小碎片撞击试验装置位于北京市海淀区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2011年6月开放试验。该装置可实现:

l航天器太阳电池、热控系统、光学系统、辐射制冷器、电缆等撞击测试

l航天器太阳电池、高压部件等撞击诱发放电试验

2. 装置辐射场主要参数

l加速10—1000 μm的微粒,最高速度达15 km/s

l可单个微粒单次撞击实验,也可加速大量微粒累积撞击实验,装置的照片如下图所示。

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十、宇航电子器件空间辐射效应数据库

1. 装置简介

宇航电子器件空间辐射效应数据库(SRDB)位于北京市怀柔区,由中国科学院国家空间科学中心建造管理,于2018年6月上线共享(www.seeep.ac.cn)。收录了宇航电子器件在空间辐射环境下发生单粒子效应、位移损伤效应和总剂量效应的试验数据,可为航天产品研制过程中元器件的选型、辐射防护设计提供重要依据。

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2. 主要功能

l涵盖卫星常用的10大类型器件,包括“信号处理类器件” 、“非易失类存储器” 、“易失类存储器” 、“混合电路” 、“线性器件” 、“逻辑类器件” 、“电源组件” 、“光电器件” 、“晶体管” 及“其他类型器件” 等,包括器件名称、器件型号、制造厂商、数据来源等相关信息

l涵盖总剂量、单粒子、位移损伤三种辐射效应数据

l可根据器件的“名称”、“型号”、“效应类型”、“制造商”等方式进行检索

l共有4000余份文档、10000余条数据

十一、空间环境效应仿真软件

1. 装置简介

空间环境效应仿真软件在线地址https://www.seeapp.ac.cn/,由中国科学院国家空间科学中心自主开发管理,于2020年11月开放服务。

全面系统地集成了空间环境模型和空间环境效应模型,是航天产品设计单位及元器件研制单位开展空间环境防护设计和故障诊断的有力工具。

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2. 主要功能

l分析航天器在轨遭遇的空间辐射环境,包括辐射带电子、辐射带质子、太阳质子、银河宇宙线质子和重离子,典型等离子体环境,高能电子和原子氧环境,大气中子环境;

l开展各种辐射环境的屏蔽传输计算,包括质子的一维屏蔽传输和三维屏蔽传输、重离子的一维屏蔽传输和三维屏蔽传输;

l系统评估空间环境对航天器元器件和材料造成的影响,包括总剂量效应、单粒子效应、位移损伤效应、表面充电效应、深层充电效应、原子氧侵蚀效应,大气中子单粒子效应等。