CN106802427A - 一种基于soi结构的电离总剂量探测系统及方法 - Google Patents

一种基于soi结构的电离总剂量探测系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106802427A
CN106802427A CN201611177450.3A CN201611177450A CN106802427A CN 106802427 A CN106802427 A CN 106802427A CN 201611177450 A CN201611177450 A CN 201611177450A CN 106802427 A CN106802427 A CN 106802427A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
soi structure
data acquisition
detection system
ionization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611177450.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106802427B (zh
Inventor
孙静
郭�旗
施炜雷
于新
何承发
余学峰
陆妩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN201611177450.3A priority Critical patent/CN106802427B/zh
Publication of CN106802427A publication Critical patent/CN106802427A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106802427B publication Critical patent/CN106802427B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/02—Dosimeters
    • G01T1/026—Semiconductor dose-rate meters
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2604—Test of external equipment
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2656—Instrumentation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明涉及辐射环境探测技术领域，涉及一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统及方法。该探测系统包括探头模块、恒流源模块、数据采集模块和控制模块；所述控制模块输入端与PC机相连，控制模块输出端与恒流源模块、数据采集模块和探头模块相连；所述恒流源模块与探头模块相连；所述数据采集模块的输入端与探头模块相连，数据采集模块的输出端与PC机相连；所述探头模块包括SOI结构的辐照传感器。本发明实现了星用PMOS剂量计的传感器国产化；提高了灵敏度，可用于更低累积剂量的测试；基于此结构的探测器便携、灵活、易用，适用于空间环境监测、半导体元器件电离效应评估及寿命预测。

Description

一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统及方法
技术领域
本发明涉及辐射环境探测技术领域，涉及一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统及方法。
背景技术
空间环境中来自银河系、太阳系及地球磁场俘获的各类带电粒子及其次级射线，与航天器及载荷相互作用产生大量次级辐射，使航天器的材料、元器件、电子系统等产生辐射损伤，导致航天器各类有效载荷出现故障或失效，严重影响了航天器的可靠性运行和在轨运行寿命。因此，研究电子元器件及电子系统在空间带电粒子辐射中引起辐射损伤的吸收剂量及星内外的辐射环境是非常重要的，而测量空间辐射环境是其研究的重要手段。
空间复杂的辐射环境对器件造成的辐射效应，主要有电离总剂量效应、单粒子效应、位移效应，其中电离辐射总剂量效应是因为光子和带电粒子通过物理时被吸收或减速而损失的能量传递给晶格原子，导致以原子电离为主的结果，对器件的性能会产生永久性损伤的影响。
现用的空间总剂量测试仪PMOS剂量计，虽然很好的完成了各项试验任务，但对灵敏度、工程化要求等方面仍然存在不足，具有一定的改进和提升空间。存在的问题主要表现在一下几个方面(1)实现传感器的国内自主可控：现用的PMOS剂量计辐照传感器主要靠进口，由于国际上现在对我国部分核心元器件已经开始进行技术封锁，发展国内自主可控的传感器迫在眉睫。(2)辐照传感器的灵敏度不够：目前采购的传感器采用的体硅厚氧化层工艺的PMOSFET器件，相对于SOI(Silicon-On-Insulator)的传感器灵敏度相对还是较低，这对于低轨卫星的空间环境探测是不利的。(3)系统的工程化有待提高：现用的测试系统采用的传感器在零偏置电场下灵敏度和线性度较差，测试系统的功耗大大提高，不利于卫星载荷的搭载。
发明内容
为了解决现有的电离总剂量测试系统灵敏度差、系统功耗大的技术问题，本发明提供一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统及方法。
本发明的技术解决方案是：一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统，其特殊之处在于：包括探头模块、恒流源模块、数据采集模块和控制模块；所述控制模块输入端与PC机相连，控制模块输出端与恒流源模块、数据采集模块和探头模块相连；所述恒流源模块与探头模块相连；所述数据采集模块的输入端与探头模块相连，数据采集模块的输出端与PC机相连；所述探头模块包括SOI结构的辐照传感器。
上述控制模块包括单片机、存储器和继电器；所述存储器与单片机相连，单片机与继电器相连，继电器与探头模块相连。存储器将输入的程序发送到单片机，单片机根据程序设定输出高低电平控制继电器的开断，为探测仪的探头提供不同的加电状态。
上述恒流源模块包括运算放大器。运算放大器的输入电流为零，给运算放大器提供一个恒定的电压值，保证探头的一端保持这个恒定的电压，使得探头在工作的过程中始终处在一个恒定的电流状态。
上述数据采集模块包括AD/DA芯片和运算放大器。通过运算放大器放大输出信号，将放大的模拟信号发送到AD/DA芯片，转化为数字信号进行存储；所述运算放大器一端与探头模块相连，另一端与AD/DA芯片相连；AD/DA芯片与PC机相连。
本发明还提供一种基于SOI结构的电离总剂量探测方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】筛选辐照传感器：将辐照传感器置于能够产生电离辐射损伤的辐照源中，通过移位测试获取阈值电压漂移量，确认该辐照传感器对电离损伤敏感；
2】搭建如权利要求1所述的基于SOI结构的电离总剂量探测系统；
3】通过选择电阻阻值调整探测系统硬件参数；通过设置PC机软件确定数据采集参数，并使之固化；
4】将探头模块置于辐照源下辐照，同时通过设置PC机软件在线采集探测器的响应和温度；
5】采集探测系统电离辐照响应与剂量的关系。
步骤1】中的阈值电压漂移量是由半导体测试系统keithley 4200离线采集得到的。
步骤3】中的数据采集参数包括采样通道、采样率和数字滤波。
步骤3】中的硬件参数包括恒流源驱动能力、探头灵敏度和量程。
本发明的有益效果在于：实现了星用PMOS剂量计的传感器国产化；提高了灵敏度，可用于更低累积剂量的测试；基于此结构的探测器便携、灵活、易用，适用于空间环境监测、半导体元器件电离效应评估及寿命预测。该方法与粒子种类、能谱等物理学探测不同，旨在探测电子元器件被辐照后，经电离过程造成的吸收剂量，是针对工程应用的一种探测方法，为电离损伤效应评估及研究工作提供基础数据支持。
附图说明
图1为本发明电离总剂量探测方法流程图。
图2为本发明电离总剂量探测系统结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的技术方案包括筛选SOI结构的探头，探测器参数调整及确认，在放射源下获取探测器响应并标定，获得探测器响应与放射源剂量的关系。具体而言，本发明提供的电离总剂量探测方法流程如下：
(1)筛选SOI结构的探头：对筛选的探头进行摸底试验，将探头置于能够产生电离辐射损伤的辐照源中，通过移位测试获取阈值电压漂移量(即获取I-V特性)，确认该探头对位对电离损伤敏感。其中，阈值电压漂移量是用半导体测试系统keithley 4200离线采集得到的。
(2)组建探测器：探测器为两块PCB板，一块为探头模块(选用基于SOI结构的辐照传感器PMOSFET)，置于辐照源中辐照；另一块为恒流源模块(包括运算放大器)、数据采集模块(包括AD/DA芯片和运算放大器)和控制模块(包括单片机、存储器和继电器)，通过同轴电缆与探头模块连接以采集信号，同时与PC机连接并受控，其中探测器中要求恒流源模块噪声低；另外还包括一个电源模块(DC/DC)，用于为各个模块提供电能；探头模块负载增大时，恒流源驱动能力不衰减，采集信号时通过PC机控制；探测器结构如图2所示，其中a为通过上位PC机程序操作该探测器，b为控制模块控制各个模块，c为恒流源为探头提供恒流，d为数字采集探头输出电压，e为保存数据至上位PC机；
(3)调节探测器参数：根据摸底试验结果，通过选择PCB板电阻阻值调整探测器硬件参数，如恒流源驱动能力、探头灵敏度、量程；根据摸底试验结果中的I-V特性、灵敏度、量程的需求，通过设置PC软件确定采样通道、采样率、数字滤波等数据采集参数，并使之固化，以满足数据采集要求；
(4)将探测器的探头模块置于辐照源(可以采用60Co-γ辐照)下辐照，同时通过设置PC机软件在线采集探测器的响应；
(5)通过电离总剂量辐照响应曲线得到探测系统电离辐照响应与剂量的关系。

Claims (8)

1.一种基于SOI结构的电离总剂量探测系统，其特征在于：包括探头模块、恒流源模块、数据采集模块和控制模块；所述控制模块输入端与PC机相连，控制模块输出端与恒流源模块、数据采集模块和探头模块相连；所述恒流源模块与探头模块相连；所述数据采集模块的输入端与探头模块相连，数据采集模块的输出端与PC机相连；所述探头模块包括SOI结构的辐照传感器。
2.根据权利要求1所述的基于SOI结构的电离总剂量探测系统，其特征在于：所述控制模块包括单片机、存储器和继电器；所述存储器与单片机相连，单片机与继电器相连，继电器与探头模块相连。
3.根据权利要求1或2所述的基于SOI结构的电离总剂量探测系统，其特征在于：所述恒流源模块包括运算放大器。
4.根据权利要求3所述的基于SOI结构的电离总剂量探测系统，其特征在于：所述数据采集模块包括AD/DA芯片和运算放大器；所述运算放大器一端与探头模块相连，另一端与AD/DA芯片相连；AD/DA芯片与PC机相连。
5.一种基于SOI结构的电离总剂量探测方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】筛选辐照传感器：将辐照传感器置于能够产生电离辐射损伤的辐照源中，通过移位测试获取阈值电压漂移量，确认该辐照传感器对电离损伤敏感；
2】搭建如权利要求1所述的基于SOI结构的电离总剂量探测系统；
3】通过选择电阻阻值调整探测系统硬件参数；通过设置PC机软件确定数据采集参数，并使之固化；
4】将探头模块置于辐照源下辐照，同时通过设置PC机软件在线采集探测器的响应和温度；
5】采集探测系统电离辐照响应与剂量的关系。
6.根据权利要求5所述的基于SOI结构的电离总剂量探测方法，其特征在于：步骤1】中的阈值电压漂移量是由半导体测试系统keithley 4200离线采集得到的。
7.根据权利要求6所述的基于SOI结构的电离总剂量探测方法，其特征在于：步骤3】中的数据采集参数包括采样通道、采样率和数字滤波。
8.根据权利要求7所述的基于SOI结构的电离总剂量探测方法，其特征在于：步骤3】中的硬件参数包括恒流源驱动能力、探头灵敏度和量程。
CN201611177450.3A 2016-12-19 2016-12-19 一种基于soi结构的电离总剂量探测系统及方法 Active CN106802427B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611177450.3A CN106802427B (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种基于soi结构的电离总剂量探测系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611177450.3A CN106802427B (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种基于soi结构的电离总剂量探测系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106802427A true CN106802427A (zh) 2017-06-06
CN106802427B CN106802427B (zh) 2019-05-31

Family

ID=58984773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611177450.3A Active CN106802427B (zh) 2016-12-19 2016-12-19 一种基于soi结构的电离总剂量探测系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106802427B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108562327A (zh) * 2018-03-16 2018-09-21 陕西飞机工业（集团）有限公司 一种飞机结冰探测系统测试设备
CN110221336A (zh) * 2019-06-24 2019-09-10 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于pmos剂量计的多点测量方法
CN110346827A (zh) * 2019-08-26 2019-10-18 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于ldo的新型剂量探测方法
CN110376631A (zh) * 2019-08-26 2019-10-25 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于存储器特性的新型剂量探测方法
CN110456401A (zh) * 2019-06-27 2019-11-15 北京空间飞行器总体设计部 一种同位素热源产生总剂量效应的分析方法
CN111008506A (zh) * 2019-11-30 2020-04-14 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于阈值电压类型匹配的6-t存储单元抗总剂量加固方法
CN112346026A (zh) * 2020-10-21 2021-02-09 中国辐射防护研究院 一种测距传感器耐总剂量辐射性能测试系统及方法
CN112945270A (zh) * 2021-01-27 2021-06-11 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于星对角距平均测量误差的星敏感器辐射损伤外场评估方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101458337A (zh) * 2007-12-12 2009-06-17 中国科学院微电子研究所 基于绝缘体上硅的双探头pmos辐射剂量计
US20090250622A1 (en) * 2008-04-08 2009-10-08 International Business Machines Corporation Design structure for alpha particle sensor in soi technology and structure thereof
CN101839989A (zh) * 2009-03-18 2010-09-22 中国科学院微电子研究所 基于恒流源的剂量率远程在线自动测试系统及方法
CN102466806A (zh) * 2010-11-03 2012-05-23 中国科学院微电子研究所 一种基于绝缘体上硅的pmos辐射剂量计

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101458337A (zh) * 2007-12-12 2009-06-17 中国科学院微电子研究所 基于绝缘体上硅的双探头pmos辐射剂量计
US20090250622A1 (en) * 2008-04-08 2009-10-08 International Business Machines Corporation Design structure for alpha particle sensor in soi technology and structure thereof
CN101839989A (zh) * 2009-03-18 2010-09-22 中国科学院微电子研究所 基于恒流源的剂量率远程在线自动测试系统及方法
CN102466806A (zh) * 2010-11-03 2012-05-23 中国科学院微电子研究所 一种基于绝缘体上硅的pmos辐射剂量计

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
沈自才等: "《抗辐射设计与辐射效应》", 31 May 2015 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108562327A (zh) * 2018-03-16 2018-09-21 陕西飞机工业（集团）有限公司 一种飞机结冰探测系统测试设备
CN110221336A (zh) * 2019-06-24 2019-09-10 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于pmos剂量计的多点测量方法
CN110456401A (zh) * 2019-06-27 2019-11-15 北京空间飞行器总体设计部 一种同位素热源产生总剂量效应的分析方法
CN110346827A (zh) * 2019-08-26 2019-10-18 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于ldo的新型剂量探测方法
CN110376631A (zh) * 2019-08-26 2019-10-25 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于存储器特性的新型剂量探测方法
CN110376631B (zh) * 2019-08-26 2023-04-21 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于存储器特性的新型剂量探测方法
CN111008506A (zh) * 2019-11-30 2020-04-14 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于阈值电压类型匹配的6-t存储单元抗总剂量加固方法
CN112346026A (zh) * 2020-10-21 2021-02-09 中国辐射防护研究院 一种测距传感器耐总剂量辐射性能测试系统及方法
CN112346026B (zh) * 2020-10-21 2022-11-25 中国辐射防护研究院 一种测距传感器耐总剂量辐射性能测试系统及方法
CN112945270A (zh) * 2021-01-27 2021-06-11 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于星对角距平均测量误差的星敏感器辐射损伤外场评估方法
CN112945270B (zh) * 2021-01-27 2023-12-19 中国科学院新疆理化技术研究所 一种基于星对角距平均测量误差的星敏感器辐射损伤外场评估方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106802427B (zh) 2019-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106802427A (zh) 一种基于soi结构的电离总剂量探测系统及方法
CN104459372B (zh) 基于p‑i‑n结构的位移损伤剂量探测方法
US9923115B2 (en) Particle detector and method of making the same
CN110780337A (zh) 一种适用于中子活化分析的一体式*能谱测量系统
CN106597519B (zh) 一种j-text托卡马克装置杂质粒子浓度测量系统
CN111948701B (zh) 一种单粒子效应探测器
CN105738941A (zh) 一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置
CN106772540A (zh) 一种j‑text托卡马克装置的硬x射线通量检测系统
CN106814094A (zh) 一种低本底多普勒展宽深度分布测量系统及测量方法
Izvestnyy et al. Calibration of FHCal with cosmic muons at the BM@ N experiment
CN107677898A (zh) 一种地面与在轨环境相结合的器件抗总剂量能力确定方法
Scotti et al. The high energy particle detector onboard the CSES satellite
Scotti et al. The HEPD detector on board CSES satellite: in-flight performance
CN110221336A (zh) 一种基于pmos剂量计的多点测量方法
Le Boulicaut Cosmic Ray Muon Detection
Guardiola et al. Portable silicon neutron detector system
CN114137598B (zh) 一种正负电子磁谱仪
Momot et al. Radiation tolerance studies of silicon microstrip sensors for the CBM Silicon Tracking System
Atkin et al. A fast current preamplifier for silicon detectors
Albarodi et al. Design and characterization of a compact radiation monitor for space rockets
Vanstalle et al. Detection of thermal neutrons with a CMOS pixel sensor for a future dosemeter
CN109471148B (zh) 利用量子点半导体器件测量质子位移损伤剂量方法及装置
Hyun et al. Development of an AC-coupled silicon pad array detector
RU2281532C1 (ru) Устройство для комплексного измерения спектрально-энергетических характеристик электронного и тормозного излучения ускорителей
Xiao et al. A Detector Designed for Diagnosing Single Event Effect

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant