电子元器件抗中子辐射性能评估方法初探

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1、论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：．．鱼尘：整：一之帅占年f月27日第一童绪论第一章绪论1．1开展抗辐射加固及评

2、估技术的目的及意义科学技术的发展，特别是核能技术和空间技术的发展，辐射环境越来越复杂和广泛的存在，使越来越多的设备要在各种辐射环境中应用。辐射环境可分为空间辐射环境和人为辐射环境两大类。空间辐射主要来自宇宙射线，太阳耀斑辐射以及围绕地球的内、外范．艾伦辐射带，此外还有太阳风、极光辐射、太阳X射线以及频谱范围较宽的电磁辐射。它主要由高能质子、高能电子、X射线、中子、丫射线等组成。核电站、核反应堆、加速器、核武器爆炸等产生的辐射均可称为人为辐射环境。其中核爆炸产生的辐射环境最为恶劣。它主要由中子、丫射线、x射线等组成，还包括电磁脉冲(陈盘训，2005，毕克允，2002，赖祖武，1998)。这

3、些辐射作用于材料、器件、系统等上会对其性能产生不同程度的影响，甚至使其失效。因此开展抗辐射加固技术研究对于国防现代化建设和空间技术的发展等都具有重要的意义。抗辐射加固技术是一项涉及核科学与技术，宇航科学技术，电子科学与技术，信息工程与技术，计算机科学与技术，控制工程与技术，材料科学工程和机械工程等多学科的跨行业跨部门的综合性技术。抗辐射加固技术的整个研究体系见图图1．1抗辐射加固技术工作的研究体系1．1(范如玉，2006)，它包括了从辐射效应，毁伤机理，加固原理、方法与技术，实验模拟方法与技术，以及加固后系统性能评估方法与技术等，是一个多学科的相对独立的完整的技术体系。系统抗辐射能力评估

4、是抗辐射加固技术研究体系的重要环节。它既是检验辐第一章绪论射效应与损伤机理的规律性认识是否正确，检验抗辐射加固方法与技术是否有效的依据，也是制定系统加固优化设计方法指南或规范的依据。1．2抗辐射加固评估技术的研究现状辐射效应主要针对要工作于辐射环境中的材料、元器件、集成电路和电子系统，对它们的辐射效应、损伤机理、模拟试验和加固技术等进行广泛的研究。国外从20世纪50年初期就开始开展辐射效应的研究工作，研究工作从分立器件辐射效应和加固技术发展到大规模和超大规模集成电路的辐射加固。国内辐射效应研究工作开始于20世纪60年代末，从辐射效应机理、试验方法、器件和电路辐射效应和加固，到电子系统辐射

5、效应和加固、计算机模拟等都作了广泛的研究。目前，已经在辐射剂量测量、不同模拟源辐射试验方法和电子系统辐射加固等方面，建立起了一整套国家军用标准，使辐射效应研究工作在全国范围内逐步走向正规化和规范化。美国在开展辐射效应研究的同时就开展了加固技术评估的研究，八十年代初期就很系统地进行了弹头系统抗辐射加固能力评估工作，从公开发表的资料来看，在航天器(如卫星)加固方面已有较系统的评估方法和评估程序。国内起步比较晚，早期有中国工程物理研究院、航天部一院和西北核技术研究所等单位开展了弹头系统的抗辐射评估方面的工作，但到目前来看，国内还没有比较好的评估程序。国外多采用QMU方法对武器性能进行评估【Ma

6、nin，2006】，国内近几年也开始关注该方法【范如玉，2007】。国内多用指数(裕度)法评估系统生存能力【乔登江，2006】。在系统可靠性评估中故障树方法得到了广泛应用【金星，2005]，另外还多采用Bayes、信息差、M．C等方法。QMU(Q啪tificationofMa玛inandUnCe慨nty)方法是美国核武器实验室开发的用来评估武器性能的一种方法，它通过量化裕量M和不确定性U之间的关系(Q=M／U)来给定系统可靠性的置信度。阈值、裕量和不确定度的相互关系见图1．1，其中)(0是性能设计值，Xth是系统正常工作的最低性能(阈值)。在Xtll附近的X区域成为悬崖。Q>1，即性能裕

7、量恒大于不确定度，系统可靠性就有较大置信度；g=1，只要引起不确定度的各种因素都被充分考虑了，系统也是可靠的，但已接近危险边缘；Q<1，系统就是不可靠的。因此系统性能阈值的鉴定与规范、系统性能裕量的鉴定与规范和系统性能阈值和裕量的不确定性量化规范是OMU方法的三要素。为了给出抗辐射能力可靠性的置信度，必须回答三个问题：①在设定的辐射2第一章绪论环境中系统实现规定功能必须的抗辐射能力阈值；②系统抗辐射能力裕量；③系统抗辐射能力评估的不