微波器件电磁损伤规律研究

The electronic devices are smaller and smaller in volume, the craft is more and more meticulous, the integrated level is higher and higher, and all of those cause the electronic devices more and more sensitive to various kinds of electromagnetic energy.The electromagnetic reflect of circuit lead wire and electronic device foot is mainly researched in this subject，with the influence of whose inductance，electric capacity effect and input impedance change of integrated circuit to the inside port signal injecting into the high-frequency low power microwave device.Therefore the method to do the experiment and monitor the electromagnetic damage threshold value of the high-frequency low power microwave device could be studied. Then the damage mode,damage characteristic and damage threshold value expression method of the high-frequency low power microwave device could be obtained. The equivalence of the square wave pulse and complicated wave form is studied,with the normalization damage model of the square wave pulse set up.is on a via and complicated wave form and pour into, probe into poured into the square wave pulse and s. According to operation principle and physics structure of the device, the value analysis model of many physics field could be set up. The distribution characteristic of electromagnetic field, hot field and hot force field inside the typical high-frequency low power microwave device under strong electromagnetic pulse will be studied,and then the punctured progress of the high-frequency low power microwave device by electricity,hot and strength function will be predicted on the basis of the mixing time and finite element method. The high-frequency low power microwave device is one of the easiest electromagnetic damage device types, the research of the electromagnetic damage law on which is the foundation for protect design and device selection, and the purpose of this subject is to improve the dependability of　electronic equipment under the complicated electromagnetic environment.

电子元器件体积越来越小，工艺越来越精细，集成度越来越高，导致电子元器件对各种电磁能量越来越敏感。本课题主要研究电路引线和电子器件管脚电磁反射和其电感电容效应以及集成电路输入阻抗变化对注入高频低功率微波器件的内部端口信号的影响，由此研究高频低功率微波器件的电磁损伤阈值监测与实验方法。在此基础上研究复杂波形注入下高频低功率微波器件的损伤模式和特点、电磁损伤阈值表征方法。研究方波脉冲与复杂波形注入等价性，探讨基于方波脉冲注入的归一化损伤模型。根据器件的工作原理和物理结构，建立多物理场数值分析模型，研究典型高频低功率微波器件在强电磁脉冲作用下的内部电磁场、热场和热应力场分布特性，进而研究基于混合时域有限元数值方法预测高频低功率微波器件的电、热、力学击穿过程。高频低功率微波器件是最易电磁损伤的器件类型之一，对其进行损伤规律研究是电磁防护设计和器件筛选的基础，目的是提高电子设备复杂电磁环境下的可靠性。

随着电子信息技术快速发展以及无线通信系统的广泛使用使得电子元器件和电子系统面临的电磁环境日益复杂，另外半导体器件和集成电路特征尺寸的不断缩小、功耗的不断降低以及工作频率的不断提高使得电子系统对电磁能量的敏感度和易损性与日俱增，电磁脉冲进入电子系统内部会引起电子元器件和电子系统的性能退化或损伤。因此研究电磁脉冲(electromagnetic pulse, EMP)对电子元器件和电子系统的损伤机理对提高电子元器件和电子系统的抗干扰能力有重要的指导意义。本项目重点研究了强电磁脉冲对高频低功率微波半导体器件的试验研究和微观失效分析、仿真建模研究，取得的主要研究成果包括：1）针对电路引线和电子器件管脚电磁反射和电感电容效应，根据不同封装形式，分别计算了器件管脚的电路分布参数，并利用ADS软件对分布参数的等效电路进行仿真得到其S11反射系数，在此基础上利用高频微带线原理设计了一种适用于贴片器件的方波电磁脉冲注入夹具，提出了高频低功率微波器件电磁损伤阈值试验系统及测试方法。2）进行了高频低功率双极性晶体管的静电放电和方波电磁脉冲注入试验，得到了双极性晶体管在强电磁脉冲作用下的敏感损伤端对，并根据试验结果分析得出该类器件是能量型损伤，进而得到了损伤功率、损伤能量与损伤电压的关系、损伤功率与二次击穿时间的关系、损伤功率与脉宽的关系。提出了用损伤电压、损伤功率、损伤能量相结合来表征器件的电磁损伤阈值表征方法。3）根据电磁脉冲造成微波半导体器件的损伤机理，基于范数的理论分别建立了与电压有关的场致失效模型和与电流有关的热致失效模型，并根据热效应方程和杜哈梅尔积分建立了复杂波形与方波脉冲注入的归一化损伤模型。4）根据典型的高频低功率微波器件的几何工艺、工作原理和物理结构，利用COMSOL软件，基于有限元法分别对PIN限幅器、双极性晶体管、肖特基接触场效应晶体管和金属氧化物场效应晶体管建立了多物理场数值分析模型，得到了这些器件在强电磁脉冲作用下的内部电磁场、热场和热应力场分布特性，预测了此类器件的电、热、力学击穿过程。为准确判断电子元器件和电子系统在电磁脉冲作用下的电磁损伤机理提供技术支撑。基于本项目共发表论文8篇，撰写著作一部，申请国家发明专利和实用新型专利各一项，培养硕士生一名。