双极电压比较器电离辐射损伤及剂量率效应分析.pdfVIP

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．2(2014) 026101 双极电压 比较器电离辐射损伤及剂量率效应分析 马武英 )2) 陆妩 )十 郭旗 ) 何承发 ) 吴雪)2) 王信 )2) 丛忠超 )2) 汪波 )2) 玛丽娅 )2) 1)(中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆电子信息材料与器件重点实验室，中国科学院新疆理化技术研究所 乌鲁木齐 830011) 2)(中国科学院大学，北京 100049) (2013年8月13日收到；2013年9月25日收到修改稿) 为了对双极电压 比较器在电离辐射环境下的损伤变化特征及其剂量率效应进行研究，选择一组器件，在 不同偏置条件下进行00Co 高低剂量率的辐照和退火试验．结果表 明：电压 比较器的电源电流、偏置电流及 失调 电压等多个关键参数都有不同程度的蜕变；偏置条件对于电压比较器的辐射响应有很大影响；#L#I-，不同 公司生产的同种型号电路表现出不同的剂量率效应；通过对测试结果分析，系统地讨论了各参数变化的原因， 并结合 电离损伤退火特性 探讨了各剂量率效应形成的机理．研究结果对工程应用考核提供了参考，而且为 设计抗辐射加固器件提供了依据． 关键词：双极 电压比较器，。。Co7辐照，剂量率效应，辐射损伤 PACS：61．80．一X，85．40．e，61．80．Ed DOI：10．7498／aps．63．026101 拟器件在低剂量率下的损伤明显大于高剂量率下 1 引 言 的损伤，表现出低剂量率辐射损伤增强效应，这也 为双极器件的航天应用和评估带来新的挑战[5--10]． 电压比较器被广泛用于模数接 口、自动控制、 然而，关于同一型号、不同公司的电压比较器的辐 电平监测以及波形变化等领域，是航天电子器件 射效应并未见报道．另外，考虑到空问应用中器件 不可或缺的一员．然而，工作在这些 电离辐射环境 处于备用及工作状态，故有必要对不同偏置条件下 中的半导体器件，不可避免地要遭受电离辐照的 的损伤机理及辐射效应进行研究．因此，为便于分 影响．电离辐照引起晶体管基极电流增加，增益减 析电压 比较器的损伤规律，寻找损伤敏感参数，探 少等，这些参数对于 电压 比较器有着至关重要的 讨不同偏置和不同剂量率下的损伤差异，选择 了 作用，它们的蜕变将严重影响电压 比较器参数的 不同公司生产的同种型号 电压 比较器，进行了不 变化，甚至导致功能失效 【，．国外对 电压 比较器 同偏置条件下高低剂量率的电离辐照及室温退火 的电离辐射效应给予了充分的关注，已有大量关 试验． 于其在辐射环境 中损伤变化的研究报道 3【，．然 而，这些研究只关注某一参数的变化，这虽反映出 2 典型比较器简介 电压比较器在 电离辐射环境下的变化，却不能反映 出其具体的损伤蜕变模式．而 国内关于电压 比较 比较器原理如图1所示．其 中差分输入级 由 器损伤机理的报道更为鲜见．自从 1991年Enlow PNP复合晶体管对Q1，Q3和Q2，Q4实现．它们可 等 [】发现低剂量率辐射损伤增强效应fenhanced 以实现低输入偏置 电流和一直扩展到0V的输入 lowdoseratesensitivity，ELDRS)以来，国内外对 电压范围，并能有效的增大输入阻抗．镜像 电流源 双极器件和电路进行的大量研究发现，多数双极模 Q5，Q6组成这一级的有源负载，它也能变换成