Радиационная стойкость

К ЭУ, работающим в условиях ИИ, предъявляют особые требования по радиационной стойкости.

Радиационная стойкость –способность ЭУ нормально функционировать в процессе и после воздействия ионизирующих излучений. В настоящее время требования по радиационной стойкости предъявляются ко всем объектам вооружения и военной техники, аппаратуре космических аппаратов и аппаратов с бортовыми ядерными энергетическими установками.

Комплексы стандартов устанавливают требования по радиационной стойкости к воздействию ИИ, ЯВ, КП и ЯЭУ и регламентируют методы ее оценки для военной техники, в том числе космических аппаратов военного назначения. Традиционными являются три основных способа определения показателей радиационной стойкости ЭУ.

Первый способ – натурный. В натурном физическом опыте воспроизводят радиационную обстановку, соответствующую реальным условиям применения ЭУ. В настоящее время, учитывая запрет на проведение ядерных испытаний, это является невыполнимой задачей.

Второй способ – теоретический. Устанавливают функциональные взаимосвязи между характеристиками ИИ и первичными радиационными дефектами, рассчитывают плотности дефектов ионизации и смещения в материале чувствительного объемаобъёма ЭУ и затем прогнозируют изменения соответствующих свойств материалов параметров РЭС.

Третий способ – экспериментальный – основан на использовании моделирующей установки (МУ). Испытательные устройства оснащаются комплексом моделирующих установок для раздельного и совместного воспроизведения различных видов ИИ, комплексом стандартной КИА и дозиметрическими приборами.

Моделирующие установки, предназначенные для РИ, имеют практически мало изменяемые спектрально энергетические характеристики и более упрощенныеупрощённые (по сравнению с реальными) амплитудно-временные зависимости интенсивности излучений.

При действии ИИ на ЭУ возникают два типа эффекта изменения их параметров: остаточные (долговременные) и переходные (кратковременные). Первые, как правило, возникают при воздействии непрерывного ИИ и могут быть обусловлены сложными дефектами кристаллической решеткирешётки материалов ЭУ, вызванными эффектами смещения, появления объемныхобъёмных зарядов при переносе заряда, а также локализованными зарядами при ионизационных явлениях. Переходные (кратковременные) эффекты наблюдаются при воздействии на ЭУ импульсного ИИ в течение относительно короткого времени после его прекращения, что связано с возникновением переходных процессов в схемах (появление фототока, модуляции проводимости в полупроводниках при ионизационных эффектах, появление элементарных дефектов, неустойчивых к отжигу, увеличение токов утечки при эффектах смещения и переносе зарядов). Интенсивность переходных (кратковременных) эффектов может зависеть как от мощности дозы, так и от поглощеннойпоглощённой дозы, а остаточные (долговременные) эффекты в основном определяются величиной последней, материалы и элементы, используемые в ЭУ, заметно различаются по этому параметру.

Параметры полупроводниковых приборов изменяются под воздействием ионизирующих излучений при потоках нейтронов 10¹¹ см^-2, поглощенныхпоглощённых дозах 10⁴ рад (Si) и мощностях дозы порядка 10⁵ рад/с (Si) как у биполярных, так и у МДП- транзисторов. Резисторы, конденсаторы и другие пассивные элементы имеют на несколько порядков более высокую радиационную стойкость. По сравнению со схемами на дискретных компонентах ИС обладают более высокой стойкостью по отношению к остаточным радиационным эффектам и менее устойчивы к воздействию импульсного ИИ.

Для КМОП/КНС технологии характерны повышенная радиационная стойкость: диапазон устойчивости к воздействию потока нейтронов достигает 10¹⁵ см^-2 обратимые изменения при импульсном γ- облучении наступают при мощности дозы свыше 5∙10⁹рад (Si). Однако, КПОМ ИС обладают сравнительно низкой устойчивостью к накопленной дозе облучения; порог устойчивости составляет 10⁶рад (Si).

Аналоговые схемы более чувствительны к воздействию ИИ, чем цифровые ИС, что обусловлено прежде всего, более высоким напряжением питания (±15В против + 5В). Диапазон отказов линейных схем лежит в широких приделах: 10¹² - 5∙10¹⁴ см^-2 по потоку нейтронов, 5∙10³-10⁷рад (Si) по общей дозе излучения и 10⁸рад/с (Si) по мощности дозы облучения. Одним из методов улучшения радиационной стойкости ИМС является использование для их построения элементной базы, имеющей более высокую радиационную стойкость.