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在众多毫米波器件中，InP/InGaAsHBT器件凭借其优异的材料性能及卓越的高频特性广泛应用于航天系统，军事通讯，卫星等系统中，展现出了很大优势。然而在复杂的空间辐照环境中，InPHBT器件及电路的应用面临巨大的挑战。空间中的高能重离子、质子等对工作在其中的InPHBT器件及电路产生各种辐照损伤效应，例如，单粒子效应、位移效应等，这些辐照效应使得InPHBT器件或电路性能发生瞬时或永久的改变，进而使得整个航天器电学系统发生功能障碍或失效。随着航天器系统复杂程度和器件集成度越来越高，空间辐照效应的危害会更加严重，因此，开展InPHBT器件辐照损伤机理研究就非常必要，其为InPHBT器件可靠性评估以及提高InPHBT器件抗辐照加固设计提供清晰的理论依据。
此外，要提高航天器中电子器件的抗辐照能力，不仅需要研究InPHBT器件辐照损伤机理，也需要提高电路设计可靠性和抗辐照电路设计。而器件模型作为连接器件与电路之间的纽带，是实现正确的电路辐照特性仿真和加固设计的基础。在空间辐照环境应用中，InPHBT器件模型需要对辐照效应有准确的表征才能得到性能最优的抗辐照电路。因此，建立精确的InPHBT辐照模型可以准确地评估辐照效应影响下InPHBT器件特性，进而指导最优的电路设计，这是InPHBT器件在航天应用时所必需的，也是非常有意义的。
虽然国内外科研人员已经针对InPHBT器件开展了部分研究工作，也取得了一定的成果，但是对于InPHBT器件辐照效应物理机制及辐照模型研究方面仍然不够深入和完善，主要还存在以下几点需要进一步研究：1)InPHBT器件单粒子效应机理及关键影响因素分析尚不完善和细致，包括器件重离子辐照位置和偏置状态等因素对InPHBT器件单粒子效应的影响分析；2)现有的文献中虽有InPHBT器件瞬态电流源模型的应用，但是模型因素单一，未考虑多种单粒子效应影响因素，使用起来麻烦；3)虽然现有文献中有大量关于InPHBT器件辐照效应的研究，但是，目前关于辐照模型的研究主要集中的Si基MOS、SiGe和GaAsHBT器件，且大部分集中在直流模型上，未见有关于InPHBT器件质子辐照紧凑模型的研究。
针对以上InPHBT器件辐照效应及模型研究中存在的问题，本文开展相应的研究，主要的工作及成果如下：
(1)开展InPHBT器件单粒子效应物理机理的研究，分析电子空穴对产生和收集机制，探讨不同因素对单粒子效应影响。
采用SRIM仿真工具，计算重离子模型参数，使得模型的准确度更高，参数使用更加合理，然后加入到TCAD中进行仿真，分析电子空穴对的产生以及收集机制。基于单粒子瞬态效应模型，改变仿真条件参数设置，讨论InPHBT器件的单粒子效应影响因素，包括重离子入射位置、器件偏置状态、带负载器件偏置状态以及集电极接不同的输出负载等，分析器件端口瞬态电流以及收集总电荷受不同因素影响的变化规律，确定器件敏感区域，分析器件及带负载组件的最劣偏置以及输出负载对单粒子效应的影响。因此，依据分析结果，为进一步地InP电路机理分析奠定基础。
(2)对InPHBT器件开展了脉冲激光模拟单粒子瞬态效应实验研究，揭示了不同影响因素下瞬态电流变化机理，并验证了理论分析的正确性。
分析激光与材料之间的相互作用，讨论了激光脉冲致InPHBT器件单粒子效应的作用机理。研究激光能量、器件偏置条件和辐照位置对InPHBT器件单粒子瞬态效应的影响，分析器件的单粒子瞬态电流及收集电荷随激光能量、器件偏置条件以及辐照位置的变化规律，验证数值模拟仿真结论及分析的正确性，为InPHBT器件单粒子瞬态效应机理研究提供了有价值的基础。
(3)建立考虑多种影响因素相关的InPHBT器件单粒子瞬态效应模型，并对加固前后InPHBTD触发器电路进行单粒子效应分析。
基于脉冲激光模拟重离子开展的InPHBT器件单粒子效应实验结果，分析瞬态电流峰值与能量、偏压和位置之间的变化规律，建立与能量、偏压和位置相关的InPHBT器件单粒子瞬态效应模型。分析D触发器电路中对单粒子瞬态敏感的关键结构和敏感节点。针对敏感器件，基于上述模型，计算不同激光能量下单粒子瞬态脉冲。通过加入瞬态脉冲电流模型，研究单粒子瞬态对D触发器电路的影响。对单粒子效应敏感的D触发器主从结构进行加固设计，验证加固后的D触发器电路具有较好的抗单粒子效应的能力。单粒子瞬态效应模型为预估和验证电路抗单粒子效应的能力提供了便捷快速的方法。
(4)对InPHBT器件质子辐照效应进行了研究，并建立了InPHBT器件质子辐照模型。
建立适用于InPHBT器件的基本紧凑模型。讨论质子对InPHBT器件位移效应的辐照损伤机理以及对器件交直流特性的影响。基于InPHBTAgilent紧凑模型，提取不同剂量下器件参数，讨论器件参数随辐照剂量变化的规律，引入辐照因子修正模型方程，建立考虑质子辐照效应的InPHBT器件紧凑模型。InPHBT器件质子辐照模型的建立为抗辐照电路设计提供了有力可行的方法，为提高电路抗辐照能力奠定基础。
本文的研究明确了InPHBT器件单粒子效应以及质子辐照损伤机理，建立了多种影响因素相关的InPHBT器件单粒子瞬态效应模型以及质子辐照紧凑模型，为InPHBT器件及电路辐照分析及抗辐照加固设计提供了理论和实验基础。
此外，要提高航天器中电子器件的抗辐照能力，不仅需要研究InPHBT器件辐照损伤机理，也需要提高电路设计可靠性和抗辐照电路设计。而器件模型作为连接器件与电路之间的纽带，是实现正确的电路辐照特性仿真和加固设计的基础。在空间辐照环境应用中，InPHBT器件模型需要对辐照效应有准确的表征才能得到性能最优的抗辐照电路。因此，建立精确的InPHBT辐照模型可以准确地评估辐照效应影响下InPHBT器件特性，进而指导最优的电路设计，这是InPHBT器件在航天应用时所必需的，也是非常有意义的。
虽然国内外科研人员已经针对InPHBT器件开展了部分研究工作，也取得了一定的成果，但是对于InPHBT器件辐照效应物理机制及辐照模型研究方面仍然不够深入和完善，主要还存在以下几点需要进一步研究：1)InPHBT器件单粒子效应机理及关键影响因素分析尚不完善和细致，包括器件重离子辐照位置和偏置状态等因素对InPHBT器件单粒子效应的影响分析；2)现有的文献中虽有InPHBT器件瞬态电流源模型的应用，但是模型因素单一，未考虑多种单粒子效应影响因素，使用起来麻烦；3)虽然现有文献中有大量关于InPHBT器件辐照效应的研究，但是，目前关于辐照模型的研究主要集中的Si基MOS、SiGe和GaAsHBT器件，且大部分集中在直流模型上，未见有关于InPHBT器件质子辐照紧凑模型的研究。
针对以上InPHBT器件辐照效应及模型研究中存在的问题，本文开展相应的研究，主要的工作及成果如下：
(1)开展InPHBT器件单粒子效应物理机理的研究，分析电子空穴对产生和收集机制，探讨不同因素对单粒子效应影响。
采用SRIM仿真工具，计算重离子模型参数，使得模型的准确度更高，参数使用更加合理，然后加入到TCAD中进行仿真，分析电子空穴对的产生以及收集机制。基于单粒子瞬态效应模型，改变仿真条件参数设置，讨论InPHBT器件的单粒子效应影响因素，包括重离子入射位置、器件偏置状态、带负载器件偏置状态以及集电极接不同的输出负载等，分析器件端口瞬态电流以及收集总电荷受不同因素影响的变化规律，确定器件敏感区域，分析器件及带负载组件的最劣偏置以及输出负载对单粒子效应的影响。因此，依据分析结果，为进一步地InP电路机理分析奠定基础。
(2)对InPHBT器件开展了脉冲激光模拟单粒子瞬态效应实验研究，揭示了不同影响因素下瞬态电流变化机理，并验证了理论分析的正确性。
分析激光与材料之间的相互作用，讨论了激光脉冲致InPHBT器件单粒子效应的作用机理。研究激光能量、器件偏置条件和辐照位置对InPHBT器件单粒子瞬态效应的影响，分析器件的单粒子瞬态电流及收集电荷随激光能量、器件偏置条件以及辐照位置的变化规律，验证数值模拟仿真结论及分析的正确性，为InPHBT器件单粒子瞬态效应机理研究提供了有价值的基础。
(3)建立考虑多种影响因素相关的InPHBT器件单粒子瞬态效应模型，并对加固前后InPHBTD触发器电路进行单粒子效应分析。
基于脉冲激光模拟重离子开展的InPHBT器件单粒子效应实验结果，分析瞬态电流峰值与能量、偏压和位置之间的变化规律，建立与能量、偏压和位置相关的InPHBT器件单粒子瞬态效应模型。分析D触发器电路中对单粒子瞬态敏感的关键结构和敏感节点。针对敏感器件，基于上述模型，计算不同激光能量下单粒子瞬态脉冲。通过加入瞬态脉冲电流模型，研究单粒子瞬态对D触发器电路的影响。对单粒子效应敏感的D触发器主从结构进行加固设计，验证加固后的D触发器电路具有较好的抗单粒子效应的能力。单粒子瞬态效应模型为预估和验证电路抗单粒子效应的能力提供了便捷快速的方法。
(4)对InPHBT器件质子辐照效应进行了研究，并建立了InPHBT器件质子辐照模型。
建立适用于InPHBT器件的基本紧凑模型。讨论质子对InPHBT器件位移效应的辐照损伤机理以及对器件交直流特性的影响。基于InPHBTAgilent紧凑模型，提取不同剂量下器件参数，讨论器件参数随辐照剂量变化的规律，引入辐照因子修正模型方程，建立考虑质子辐照效应的InPHBT器件紧凑模型。InPHBT器件质子辐照模型的建立为抗辐照电路设计提供了有力可行的方法，为提高电路抗辐照能力奠定基础。
本文的研究明确了InPHBT器件单粒子效应以及质子辐照损伤机理，建立了多种影响因素相关的InPHBT器件单粒子瞬态效应模型以及质子辐照紧凑模型，为InPHBT器件及电路辐照分析及抗辐照加固设计提供了理论和实验基础。