环境温度、剂量率对PMOS剂量计辐射响应特性的影响机制

PMOS dosimeter for a low power consumption, small size, the advantages of on-orbit real-time monitoring is widely applied in the detection of the cumulative dose of space. Although PMOS dosimeter have been applied various space applications currently, it became very difficult to increase its efficiency due to temperature effect of the PMOS dosimeter and enhanced low dose rate sensitivity of the change of the space environment..The purpose of is project is solve the compensation for the temperature effect on PMOS dosimeters, we will carry out different conditions irradiation experiment to Study the sensitive parameters of different sensors response characteristics of radiation effects, to determine the conditions of different irradiation response correlation, combined test technology and semiconductor radiation physics theory, evaluation of device structure and working mode of the temperature compensation method and the effect of low dose rate effect difference, analysis of radiation environment temperature and irradiation dose rate on the sensor threshold voltage and carrier mobility, to obtain irradiation temperature drift of dosimeter zero temperature coefficient of influence mechanism, reveal the dosimeter mechanism of the enhanced low dose rate sensitivity , System in this paper, The impact on the radiation dosimeter response mechanism of irradiation environment change..The result of this project will provide invaluable information for improve the performance of PMOS dosimeter、ensure the accuracy of orbit monitoring and promoting its space application.

PMOS剂量计因具有低功耗、小体积、在轨实时监测等优点，被广泛的应用于空间累积剂量探测。然而环境温度和剂量率的变化引起的PMOS剂量计的温度效应和低剂量率辐射损伤增强效应，使得其测量的准确度受到了严重的威胁。.本项目通过不同条件的辐照试验，研究PMOS剂量计的辐射效应和退火效应，确定其对不同条件辐照的响应相关性，结合测试技术和半导体器件辐射物理理论，掌握器件结构和工作模式对其温度效应抑制方法和低剂量率辐射损伤增强效应的影响规律，分析环境温度、辐照剂量率对传感器阈值电压及载流子迁移率的影响，获得环境温度对剂量计零温度系数点漂移的影响原理，揭示剂量计的低剂量率辐射损伤增强效应的机理，系统阐述环境温度、剂量率变化对剂量计辐射响应特性的影响机制。.此项研究的顺利开展对于保证PMOS剂量计在轨监测的准确度，推动其空间应用具有重要的研究意义和应用价值。

空间辐射环境会导致航天器电子元器件性能下降，可靠性降低，严重的甚至可导致电子系统完全失效，因此，空间辐射环境探测对于卫星在轨运行的风险防控、、预报预警、故障诊断等一直以来是一项至关重要的任务。PMOS剂量计作为一种空间辐射剂量在轨探测技术，保证其在轨监测的精准度就显得尤为重要了。. 本文针对空间复杂异变的辐射环境特点，开展不同环境温度、辐照剂量率条件下PMOS剂量计的剂量响应规律研究，分析了辐照环境因素的变化对剂量响应特性的影响规律，探讨了进一步提高PMOS剂量计测量精度的方法和途径。主要结果有：辐射温度的变化对RADFET的阈值输出有明显的影响，并且器件阈值电压的变化并不是随着温度的升高而单一的成规律性的增加；采用零温度系数点的温度补偿方法也存在一定的局限性：通过研究发现辐照后器件的零温度系数点发生了漂移，漂移的程度与辐照剂量、器件氧化层厚度等因素有关；PMOS 剂量计存在的剂量率效应类似于双极器件的低剂量率辐射损伤增强效应：在低剂量率条件下辐照，RADFET的阈值电压的漂移量大于高剂量率辐照，并且差量并不能随长时间的退火而消除；结合试验数据，完善PMOS剂量计的地面标定方法，来修正其温度效应、剂量率效应带来的测量误差；最后，研究了将基于SOI结构的PMOS器件用于PMOS剂量计辐照敏感探头的可能性。. 本项目的研究成果已应用于现有空间用高性能PMOS剂量计的研制，进一步提高了PMOS剂量计的测量精度。同时，为研制新一代空间辐射剂量探测设备提供了重要的数据及技术支持。