Journal of Radio Electronics. eISSN 1684-1719. 2023. №11
ContentsFull text in Russian (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.11.8
EVALUATION AND ANALYSIS OF ABSORBED DOSE IN AlGaN/GaN
HETEROSTRUCTURE UNDER INFLUENCE OF IONIZING FLUXES
OF THE EARTH'S RADIATION BELTS UNDER NANOSATELLITE
OPERATING CONDITIONS
S.V. Tsaplin, S.A. Bolychev
Samara National Research University
443086, Russia, Samara, Moskovskoye shosse, 34
The paper was received October 17, 2023.
Abstract. Research of influence of ionizing radiation in the energy range of protons (from 0.1 to 400 MeV) and electrons (from 0.04 to 7 MeV) on circular sun-synchronous orbit on the radiation resistance of the AlGaN/GaN heterostructure as part of the nanosatellite on-board electronic equipment under operating conditions is carried out using physical and mathematical modeling in the stack model approximation. All calculations are based on data from the energy spectra of protons and electrons in sun-synchronous orbit provided Spenvis information system (European Space Agency). The results of calculation of integral fluxes and absorbed doses in aluminum and heterostructure were obtained. An evaluation and analysis of the radiation resistance of the heterostructure under the influence of low- and high-energy ionizing particles and their ability to function throughout the year was carried out.
Key words: ionizing radiation, absorbed dose, Earth's radiation belts, radiation protection, radio-electronic elements, heterostructures, on-board equipment, small spacecraft.
Financing: The work was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, project no. 0777-2020-0018.
Corresponding author: Tsaplin Sergey Vasilevich, tsaplin56@yandex.ru
References
1. Кузнецов Н. В., Панасюк М. И. Космическая радиация и прогнозирование сбое-и отказоустойчивости интегральных микросхем в бортовой аппаратуре космических аппаратов [Space radiation and prediction of failure and fault tolerance of integrated circuits in on-board spacecraft equipment] //Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ), Серия «Радиационное воздействие на радиоэлектронную аппаратуру». -М.: Атомиздат. – 2001. – №. 1-2. – С. 3-8.
2. Цаплин С. В. и др. Исследование свойств радиоэлектронных элементов при воздействии ионизационного потока [Study of radio-electronic elements properties under influence of ionization fluxes]. – 2018.
3. Гулько О. Е. Механизмы отказов КМОП ИС при воздействии ионизирующих частиц космического излучения [Failure mechanisms of CMOS ICs under influence of ionizing particles of space radiation] //Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. – 2005. – №. 1-2. – С. 80-83.
4. Анашин В. С. и др. Ионизирующие излучения космического пространства и их воздействие на бортовую аппаратуру космических аппаратов [Space ionizing radiation and its impact on on-board spacecraft equipment] //М.: ФИЗМАТЛИТ. – 2013.
5. ОСТ 134-1034-2003. Отраслевой стандарт. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование космических аппаратов. Методы испытаний и оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к воздействию электронного и протонного излучений космического пространства по дозовым эффектам [Industry standard. Spacecraft apparatus, devices and equipment. Methods for testing and assessing the resistance of onboard radio-electronic equipment of spacecraft to the effects of electronic and proton space radiation by dose effects]. – Москва: ЦНИИ машиностроения, 2003.
6. Лукъященко В. И. и др. Методы испытаний и оценки стойкости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов с длительными сроками активного существования к воздействию ионизирующих излучений космического пространства [Testing methods and assessing the resistance of on-board electronic spacecraft equipment with long periods of active existence to the effects of space ionizing radiation] //Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. – 2001. – №. 3-4. – С. 81.
7. Цаплин С. В., Болычев С. А. Оценка и анализ влияния ионизирующего излучения на функционирование бортовой радиоэлектронной аппаратуры наноспутника [Estimaton and analysis of the influence of ionizing radiation on the functioning of nanosatellite on-board electronic equipment] //Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2021. – Т. 20. – №. 3. – С. 77-96. DOI: 10.18287/2541-7533-2021-20-3-77-96. Russian Science Citation Index Web of Science.
8. Цаплин С.В., Болычев С.А. Оценка поглощаемой дозы в защитном стекле при воздействии потоков ионизирующего излучения [Evaluation of absorbed dose in shielding glass exposed to ionizing radiation fluxes] //Химия высоких энергий. – 2022. – T. 56. – № 1. – С. 50-58.
9. Цаплин С. В., Болычев С. А. Оценка и анализ радиационной стойкости радиоэлектронных элементов на кремниевой основе бортовой аппаратуры наноспутника при воздействии ионизирующего излучения солнечно-синхронной орбиты [Estimation and analysis of the influence of ionizing radiation on the nanosatellite onboard radio electronic equipment functioning] //Журнал радиоэлектроники. – 2021. – №. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.7.3.
10. NIST Standard Reference Database 124. URL: https://www.nist.gov/pml/stopping-power-range-tables-electrons-protons-and-helium-ions (дата обращения 01.09.2023).
11. The Space Environment Information System (SPENVIS). URL: www.spenvis.oma.be (дата обращения 01.09.2023).
12. Беспалов В. И. Лекции по радиационной защите [Radiation protection lectures]. – 2017.
13. The PSTAR program. National Institute of Standards and Technology. URL: https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/PSTAR.html (дата обращения 01.09.2023).
14. Бекман И. Н. Атомная и ядерная физика: радиоактивность и ионизирующие излучения [Atomic and nuclear physics: Radioactivity and ionizing radiation]. – 2017.
15. Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика. Т. 1. Физика атомного ядра [Experimental nuclear physics. Book 1. Physics of the atomic nucleus] //Москва. – 1993.
16. Безродных И. П., Казанцев С. Г., Семенов В. Т. Радиационные условия на солнечно-синхронных орбитах в период максимума солнечной активности [Radiation conditions in sun-synchronous orbits during the period of maximum solar activity] //Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. – 2010. – Т. 116. – №. 3. – С. 23-26.
17. Белоус А., Солодуха В., Шведов С. Космическая электроника. В 2-х книгах. Книга 1. [Space electronics] – Техносфера, 2015.
18. Зебрев Г. И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции [Radiation effects in highly integrated silicon integrated circuits] //М.: НИЯУ МИФИ. – 2010. – С. 148.
19. Тарасова Е. А. Моделирование радиационной стойкости HEMT (обзор) [Simulation of HEMT radiation resistance (review)] //Вестник Нижегородского университета им. НИ Лобачевского. – 2014. – №. 1-2. – С. 100-115.
20. Тарасова Е. А. и др. InAlAs/InGaAs HEMT при облучении квантами высоких энергий [InAlAs/InGaAs HEMT irradiated with high-energy quanta] //Физика и техника полупроводников. – 2012. – Т. 46. – №. 12. – С. 1587-1592.
21. РД 50-25645.216-90. Методические указания. Безопасность радиационная экипажа космического аппарата в космическом полете. Метод расчета распределения поглощенной и эквивалентной доз космических излучений по толщине материалов на внешней поверхности космического аппарата на орбитах, проходящих через ЕРПЗ [Methodical instructions. Radiation safety of the spacecraft crew in space flight. Method for calculating the distribution of absorbed and equivalent doses of cosmic radiation over the thickness of materials on the outer surface of a spacecraft in orbits passing through Earth's Van Allen Radiation Belts]. – Москва: Изд-во Стандартов, 1990.
22. Павленко В. И. и др. Суммарные потери энергии релятивистского электрона при прохождении через полимерный композиционный материал [Total energy loss of a relativistic electron passing through a polymer composite material] //Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2014. – №. 4. – С. 101-106.
23. Брудный П. А., Великовский Л. Э., Сим П. Е. InAlN/GaN HEMT-транзистор гигагерцового диапазона [InAlN/GaN HEMT transistor of gigahertz range] //Актуальные проблемы радиофизики (АПР 2019). – 2019. – С. 272-274.
For citation:
Tsaplin S.V., Bolychev S.A. Evaluation and analysis of absorbed dose in AlGaN/GaN heterostructure under influence of ionizing fluxes of the Earth's radiation belts under nanosatellite operating conditions. // Journal of Radio Electronics. – 2023. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.11.8 (In Russian)