空间微电子(第一卷) 现代航天器分类、失效和电子元器件需求

阿纳托利.贝卢斯、维塔利.萨拉杜哈、西亚尔.史维道三位专家基于俄罗斯和白俄罗斯航天工业微电子技术应用和发展实践，撰写了本书，结合微电子技术和工艺制程的新发展，介绍了俄罗斯和白俄罗斯航天工业在微电子器件选用、设计、.工艺制程、降耗、抗辐射、缺陷控制等方面的实践与思考，可为国内相关行业提供参考和借鉴。

阿纳托利·贝卢斯(AnatolyBelous)是白俄罗斯共和国国家科学院院士、技术科学博士、教授、白俄罗斯共和国国家奖获得者、白俄罗斯共和国功勋发明家。
他1973年毕业于明斯克无线电技术大学电子工程专业，是70多个航天火箭工业微电子器件开发项目的首席设计工程师，包括能源、安加拉和质子运载火箭，撒旦(SS-18) 弹道导弹，
量子系列航天器，轨道和平号空间站，暴风雪号航天飞机和国际轨道站的Kanopus系列地球远程扫描卫星。
他被授予苏联劳动英雄金质奖章，同时发表了300多篇科学论文，拥有150多项专利，编撰了18部专著和5部教程。他是四种科学期刊的编委，也是白俄罗斯共和国微波电子学、光子学、微电子学和纳米电子学国家专家委员会主席，还是两届国际微电子年会计划起草委员会的副主席。
多年来，他在俄罗斯、白俄罗斯、中国、印度、保加利亚、越南、波兰和乌克兰的技
术大学开设了空间电子学专题讲座。他在俄罗斯航天局的会议、研讨会和工作会议上定期
发表有关空间电子学的报告。

译者序
以运载火箭、卫星等飞行器为代表的航天工程系统是高复杂度的系统,具有高风险性, 要求高质量、高可靠性和高安全性。传统航天质量保证的基本思路是逐级验证的,需要在微电子或元器件级基本解决空间环境下的可靠应用问题,特别是空间辐射环境的影响,并留有足够的裕度。当前,成本的优化、研发周期的缩短、技术的发展和系统工程手段的进步要求我们改变过去线性的思维模式,把微电子等基础问题与系统在多个维度下一并考虑。火箭专家谢光选院士曾归纳运载火箭技术涉及70 多个主要的技术领域和学科,作为总体研制单位需要关心这些技术或专业的具体应用,才能更好地解决分系统、单机的技术协调和可靠性问题,才能更好地把握系统工程规律,解决产品质量要素的保证以及技术风险的控制问题, 实现系统的最优。
航天微电子技术是空间飞行器的基本构成和基础技术,几乎渗透到了系统的各个方面。随着航天系统小型化、信息化、集成化和智能化的发展,航天微电子技术的研究与应用发挥的作用和影响也日益彰显,特别是在国产化元器件的应用、微电子器件的工艺制程和质量控制,以及大规模集成电路抗辐射等特殊环境应用方面。
阿纳托利·贝卢斯、维塔利·萨拉杜哈、西亚尔·史维道三位专家基于俄罗斯和白俄罗斯航天工业微电子技术应用和发展实践,撰写了《空间微电子》,结合微电子技术和工艺制程的新发展,介绍了俄罗斯和白俄罗斯航天工业在微电子器件选用、设计、工艺制程、降耗、抗辐射、缺陷控制等方面的实践与思考,可为国内相关行业提供参考和借鉴。本书为《空间微电子》第一卷,共五章,介绍了现代航天器电子元器件分类、应用中的故障、应用空间环境分析等方面的内容。
第1章对现代航天器进行了概述。首先,综述了空间工业的发展,主要聚焦于人类空间工业的发展历程及其重点里程碑项目,并讨论了元器件的标准化、功能、性能以及质量对于现代通用和专用航天设备的基础作用。其次,梳理了现代航天器的分类,介绍了航天器的设计与结构、航天器系统、地球遥感航天器、地球遥感雷达站等领域的发展情况,为后续讨论打下了基础。最后,探讨了关于空间辐射对航天器的影响、微流星体对航天器的影响、地球轨道上的空间碎片问题、微电子技术在空间微型火箭发动机开发中的应用,以及航天器在军事方面的应用等。
第2章对历史上运载火箭与航天器的失效和事故进行了统计分析,列举了质量事故典型案例,对运载火箭和航天器的一系列常见失效原因进行了综合分析,指出了导致产品故障高发的薄弱环节,提出了保证航天器可靠性的方法与关注点。
第3章主要介绍宇航用微波元器件半导体材料及工艺结构等基础知识,讲述了微电子学的基础知识;围绕GaAs器件,从材料结构、工艺构造、新型器件、微波单片集成电路(MMIC)及其在部分代表项目中的应用等方面,较为细致地描述了该类元器件的技术和发展全貌。这一章还介绍了第三代GaN 半导体器件技术发展以及典型应用。
·Ⅱ· 空间微电子(第一卷)———现代航天器分类、失效和电子元器件需求
第4章介绍了运载火箭与航天技术的微电子元器件基础知识,主要内容包括现代微处理器的分类、微处理器和微控制器代表企业和典型产品、微处理器和微控制器开发与调试工具、现代微控制器发展趋势、使用无晶圆厂模式设计航天微电子产品的特点、选用国外基础电子元器件的特殊考虑、航天器电源系统国产元器件的特点、机载电子设备对空间电离辐射的耐受力,以及用于航天器电子系统的功率半导体器件等。
第5章介绍了工艺设计套件(PDK)的开发流程及标准PDK 的整体结构和基本组件元素,并对PDK 及其开发过程中使用的标准术语进行了解释。同时描述了PDK 标准化给集成电路制造商、设计人员和PDK 开发人员带来的优势及PDK 标准化的流程和步骤。本章还分析了PDK 在数模混合集成电路设计过程中的应用,并详细阐述了亚微米集成电路设计中PDK 包的库文件各模块的数据文件、相关特性及设计原理,并列举了90nm 、65nm 、45nm 设计规则下设计微电路的方法和示例。
本书的翻译工作由李京苑策划,组织研讨解决翻译过程中出现的问题,并参与了部分章节的译稿、校对和审核工作。航天一院质量与体系运营部胡云副部长和十九所杨秋皓副所长组织实施,航天一院十九所卢兆勇、高鲲等和电子元器件可靠性中心熊盛阳、张伟等先期开展了大量基础工作,由于涉及微电子设计和工艺,北京微电子技术研究所王勇所长及其研究人员给予了大力支持。本书第1章由龙雪丹、王铮、李京苑翻译,第2章由许春来、李京苑翻译,第3章由张伟、周军翻译,第4章由杜俊鹏、李京苑翻译,第5章由吕曼翻译。全书由李京苑、胡云、范隆、蒋安平审校、统稿。
本书翻译时力求忠于原文,表达简练,针对原文中部分理解有歧义的部分以译者注的形式进行了注释,同时按照中文习惯,对原文中有些省略掉的指代内容,进行了适当补充,对于原文中一些不影响阅读理解但是描述不够清晰的内容也进行了适当删减。中国宇航出版社的编辑们又进一步对译稿进行了全面细致的审读和校对,提出了许多宝贵意见,在此表示感谢。由于我们才疏学浅,书中难免存在一些疏漏,请读者批评指正。