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2.5辐射效应讲义.pdf

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12.5辐射效应本节内容

空间辐射或核辐射环境下的各种电子系统及元器件会受到辐射,

器件特性会发生变化。

辐射环境:

辐射效应:辐射对材料的作用

MOSFET的电离辐射效应:

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12.5辐射效应辐射环境:空间辐射

地球磁场对外层空间带电粒子的捕获作用,所以地球周围形成了高能粒

子组成的环形辐射带

内辐射带:距地面600~6000km,高能质子~100MeV,影响中低轨道卫星

外辐射带:距地心2.万km,高能电子(20keV~1.6MeV),影响高轨道卫星

累计效应为主:

在辐射环境越久,辐射效应越明显

表示辐射强弱的量:总剂量(材料吸收的能量)

单位:rad

1rad表示每克材料吸收10-5J的能量

不同材料对辐射的吸收不同,需注明材料rad(Si),

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12.5辐射效应辐射环境:核辐射

核辐射:核爆炸环境和核动力环境

核辐射产生的高能粒子:

快中子流:能量0.5MeV,辐射有效半径

1km~几十km

γ射线:能量~1MeV,辐射有效半径

3km~几百km

52

热电磁脉冲:电场10V/m,磁场10A/m,

f=10kHz~100MHz,脉冲间隔10~30ns

瞬态效应为主:

表示辐射强弱的量:剂量率—

单位时间内材料吸收的能量

单位:rad(Si)/s

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12.5辐射效应辐射物理效应:位移效应

辐射粒子与晶格原子碰撞,使晶格原子进入间隙,即发生位移

→产生空位、间隙原子→材料受损伤,且有能量传递

中子辐射造成的位移效应显著:

辐射

中子不带电,能量大,穿透能力强

位移效应会破坏晶体材料的晶格结构和周期性的势场晶格

原子

在禁带中引入新的电子能级,新能级能起到以下作用

少数载流子复合中心→少子寿命↓空位

位移效应对双极器件影响显著:

间隙

位移

杂质补偿中心→多子浓度↓→电阻率↑原子

施主能级上电子或受主能级上空穴易跃迁到诱生能级上

散射中心→载流子迁移率↓

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12.5辐射效应辐射物理效应:电离效应

辐射粒子和电子相互作用,能量传递给电子,电子可摆脱晶格原子

束缚,成为自由电子,原子变为带电离子

辐射

即晶格原子电离→产生自由电子、带电离子

带电离子等同于获得一个空穴,产生自由电子和空穴对晶格

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