ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 11 · ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Оценка и анализ поглощённой дозы в гетероструктуре AlGaN/GaN при воздействии ионизирующих потоков радиационных полей Земли в условиях эксплуатации наноспутника

С.В. Цаплин1, С.А. Болычев1

1 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.11.8 УДК 621.382 EDN TRDHDL

Аннотация

В рамках подготовки проведения натурного эксперимента проводятся исследования с помощью физико-математического моделирования в модельном приближении «Стопа» для изучения влияния ионизирующего излучения в энергетическом диапазоне протонов (от 0,1 до 400 МэВ) и электронов (от 0,04 до 7 МэВ) круговой солнечно-синхронной орбиты на радиационную стойкость гетероструктуры AlGaN/GaN в составе бортовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА) наноспутника в условиях эксплуатации. В основе всех расчётов используются данные энергетических спектров протонов и электронов солнечно-синхронной орбите (ССО) приведённые в информационной системе Spenvis (Европейское космическое агентство). Получены результаты расчёта интегральных потоков, поглощённых доз в алюминии, гетероструктуре. Проведена оценка и анализ радиационной стойкости гетероструктуры при воздействии низко- и высокоэнергетических ионизирующих частиц ССО и их возможность функционирования в течение года.

  • ионизирующее излучение
  • поглощённая доза
  • радиационные пояса Земли
  • радиационная защита
  • радиоэлектронные элементы
  • гетероструктуры
  • бортовая аппаратура
  • малые космические аппараты
Abstract (in English)

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

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

Для цитирования

Цаплин С.В., Болычев С.А. Оценка и анализ поглощённой дозы в гетероструктуре AlGaN/GaN при воздействии ионизирующих потоков радиационных полей Земли в условиях эксплуатации наноспутника // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.11.8

Литература

  1. Кузнецов Н. В., Панасюк М. И. Космическая радиация и прогнозирование сбое-и отказоустойчивости интегральных микросхем в бортовой аппаратуре космических аппаратов //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. - 2018.
  3. Гулько О. Е. Механизмы отказов КМОП ИС при воздействии ионизирующих частиц космического излучения //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 //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. - 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 //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 //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 //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 //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. - 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. - 2017.
  15. Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика. Т. 1. Физика атомного ядра //Москва. - 1993.
  16. Безродных И. П., Казанцев С. Г., Семенов В. Т. Радиационные условия на солнечно-синхронных орбитах в период максимума солнечной активности //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. - Техносфера, 2015.
  18. Зебрев Г. И. Радиационные эффекты в кремниевых интегральных схемах высокой степени интеграции //М.: НИЯУ МИФИ. - 2010. - С. 148.
  19. Тарасова Е. А. Моделирование радиационной стойкости HEMT (обзор) //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 //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. - Москва: Изд-во Стандартов, 1990.
  22. Павленко В. И. и др. Суммарные потери энергии релятивистского электрона при прохождении через полимерный композиционный материал //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 //Актуальные проблемы радиофизики (АПР 2019). - 2019. - С. 272-274.