第十章辐射效应ppt课件.ppt

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1、第九章辐射效应辐射环境，辐射效应，辐射的加固辐射效应的基本情况核辐射的发展简史国外情况国内情况研究对象与方法描述辐射效应的几个物理量中子注量总剂量剂量率发展简史国外20世纪50年代，研究各种材料在辐射场中性能的变化1968年美国出版了半导体辐射方面的专著1964年成立辐射效应委员会，并每年一次学术会议（IEEE出版核科学会刊）欧洲是核辐射研究的另一个发展中心国内20世纪60年代，原电子部14所开始材料和器件的辐射效应研究1979年成立核电子学与核探测技术学会1980年在成都召开了第一次抗辐射学术会议研究对象与方法主要是辐射环

2、境中的材料、元器件、集成电路和电子系统热门课题新型抗辐射器件Si/SiO2界面因辐射产生的俘获电荷和界面态理论亚微米器件SOS和SOI抗辐射隔离技术空间和靠近地面大气的单粒子环境和效应，高能中子引起CPU等ULIC的闩锁双极，异质结器件及其IC的辐射效应研究方法描述辐射效应的几个物理量中子注量：在给定的时间间隔内进入空间某点为中心小球体的中子数除以球体最大截面积的商总剂量：样品在受辐射期间内吸收的累积剂量剂量率：样品在单位时间内吸收的剂量辐射环境核爆炸辐射环境：x射线，中子，γ射线空间环境：宇宙射线、范艾伦带、极光辐射和太阳

3、耀斑模拟源环境：中子剂量，γ和X射线总剂量等核动力辐射环境：核电站、核潜艇等产生的辐射环境其他辐射环境：正负离子对撞机等在运行时可产生附带的x射线辐射损伤机理位移效应电离效应剂量增强效应：x射线或低能γ射线射入不同原子序数材料组成的界面时，在界面较低原子序数材料内将产生剂量增强，与入射的方向无关，导致在相同剂量下，x射线对器件的损伤比核爆炸γ射线等要严重低剂量率效应：剂量率小于0.0167Gy/s位移效应中子不带电，穿透能力强，与原子核产生弹性碰撞，形成晶格中的间隙原子空位与杂质结合，使杂质不参与导电，从而改变杂质浓度。弗仑

4、克尔缺陷：单原子位移缺陷群：中子能量足够大位移效应对半导体参数的影响降低少数载流子的寿命：辐照形成的缺陷在禁带内引入附加能级，增加了复合的几率双极晶体管，硅太阳能电池，单结晶体管和硅可控整流器载流子去除效应：降低半导体材料的纯杂质浓度场效应晶体管，耿氏体效应器件，整流和开关二极管，稳压二极管等位移效应对半导体参数的影响降低载流子的迁移率当中子辐射在半导体材料内引入缺陷后，这些缺陷可作为载流子的散射中心，有效地降低载流子的迁移率。电离效应对MOS和双极器件或材料的表面性能产生影响；也可使器件或电路产生光电流，引起电路扰动，严重

5、时引起器件闩锁或烧毁引起软错误或硬失效分类总剂量效应剂量率效应单粒子效应总剂量效应：1、在界面附近的正电荷改变了SiO2/Si界面势位，必须在栅上加负电压才能抵消界面处正电荷层的影响，影响N沟MOS的阈电压，2、使SiO2/Si界面SiO2一侧约0.5nm的范围内部分SiO2的价键断裂，引入界面态3、如果表面用SiO2钝化，也会产生正电荷俘获或界面态，这种表面电荷能降低少数载流子寿命剂量率效应当γ射线射入半导体材料，部分光子能量被材料吸收和引起电离，激励出电子，且在材料内产生空穴-电子对，随着辐射强度的增加，空穴-电子对也随

6、时间按比例变化光电流单粒子效应对集成电路，单粒子进入产生发生软误差，使存储单元的逻辑状态发生变化，使集成电路产生扰动如果单粒子通过SiO2栅氧化物时，引起VLSI的MOS管的阈电压漂移，可能使器件失效，比如14MeV的中子产生的缺陷大小可与存储单元的尺寸比拟时。分立器件的辐射效应二极管双极晶体管异质结双极晶体管（HBT）MOS场效应晶体管太阳能电池二极管双极晶体管中子辐射：降低基区少数载流子寿命，从而降低器件的电流增益中子辐射在集电区引起载流子的去除效应，增加了集电区电阻，饱和压降增加，漏电流增加。对于功率器件和高反压器件尤

7、其明显IRB：基区体复合电流IRG：基极-发射极耗尽区的复合电流Kf：中子辐射复合损伤常数总剂量对双极器件的影响电离辐射引起的氧化物中缺陷加图漏电流损伤退火剂量率在基极-集电结产生光电流异质结双极晶体管（HBT）中子注量使E-B结内的复合增加，HBT的增益下降总剂量辐射后，器件的增益下降，fT和fmax也下降MOS场效应晶体管中子注量：N/P沟MOS的电参数变化很小总剂量：在氧化层一侧累积正电荷，使P型MOS的负阈值电压更负剂量率：PMOS产生光电流NMOS产生光电流与剂量率不完全成线性关系CMOS集成电路辐射效应中子注量：

8、不灵敏，抗中子水平可达1015/cm2总剂量:有四种失效模式逻辑电路的开关状态失效由于上升和下落时间的增加，电路达不到要求的速度漏源电流过大电路的噪声容限变小剂量率扰动：N沟/P沟的光电流，对输出电压产生影响闩锁效应大规模集成电路的软误差是一种随机的非破坏性的误差，受封装材料α射线的影响α