双极晶体管因其体积小、成本低、放大倍数高等优势被广泛应用于航天电子系统中,然而航天器长期暴露在一个复杂的空间辐射环境内,电子系统不可避免的遭受空间射线和粒子的作用,引起电子元器件电学性能的退化,影响航天器安全、可靠地运行。对此,国内外相关工作者展开了大量研究,结果表明,双极器件普遍存在的低剂量率损伤增强效应是导致器件在典型空间低剂量率辐射环境中性能退化的主要原因,但对其损伤机制尚无统一定论。与此同时,空间技术发展迅速,深空探测任务日益增多,国内外为进一步提高深空探测能力,长寿命(15年)、高可靠性航天器已成为当前航天任务的必要条件,这就对双极器件的抗辐射能力和使用寿命提出了更高的要求。此外,商用现货双极晶体管的制造工艺已非常成熟,若将其运用到航天器上,将会大大降低航天器的建造成本,因此开展商用现货双极晶体管在高总剂量下的辐射效应研究具有深刻意义。基于上述问题,本文选取三款不同型号的商用双极晶体管,进行高总剂量水平下双极晶体管的剂量率效应研究,并首次将累积辐照剂量提升至300krad(Si)。结果表明:(1)随着辐照累积剂量的增加,电流增益持续下降,但在200~300krad(Si)总剂量范围内下降速度明显减缓;(2)高总剂量条件下偏置对器件退化的影响与0~100krad(Si)类似,在同一偏置条件下,低剂量率下的损伤普遍比高剂量率下损伤更严重,表现出低剂量率损伤增强效应;(3)此外研究发现在高总剂量水平下,双极器件对剂量率的敏感程度随着辐照剂量的累积产生变化,辐照初始,低剂量率条件器件退化更快,随着辐照剂量累积,器件退化速度逐渐减缓,甚至低于高剂量率下的退化速率。本文通过分析不同剂量阶段质子的主要来源,发现质子的堆积与释放过程和氢分子碎裂机制是产生该现象的核心因素。本文还深入研究了温度对双极器件剂量率效应的影响,分析了不同温度条件下界面陷阱的演化规律,发现温度对界面陷阱的形成具有两重性:一方面,温度的升高可以加速质子产生,加快界面陷阱堆积,器件损伤加剧;另一方面,当温度足够高时,大部分质子参与二聚化反应生成氢分子,界面陷阱生长所需质子严重不足,从而对界面陷阱的形成产生抑制作用。二者的竞争使得不同温度下对双极器件造成的电离损伤存在最大值,这个最大值所对应的温度即为最佳辐照温度。该研究不仅对晶体管抗辐射加固工艺提供了帮助,还为加速评估方法中温度的选择奠定了理论基础。综上所述,本文全面深入地研究了高总剂量水平下商用双极晶体管的剂量率效应,完善了累积剂量至300krad(Si)的剂量率效应响应规律。并结合温度对氧化层内氢二聚化反应的影响机制,阐明了界面陷阱电荷随温度的变化规律。为高可靠、长寿命卫星的研发与制造以及航天器的安全在轨运行提供了理论和数据支持。