= (0,3 ± 0,04) 10 и п-р- -типа К = (0,46 ± 0,033) . 10.

При облучении биполярных транзисторов, не имеющих на поверхности кристалла защитных покрытий, наблюдается обратимое возрастание тока 7ко из-за ионизационных эффектов. Удовлетворительного метода прогнозирования изменений / д при ИИ пока не найдено. При прочих равных условиях наиболее устойчивы к ИИ транзисторы с минимальными размерами структуры и ступенчатым распределением примеси в р-п-переходах.

Для повышения радиационной стойкости РЭА рекомендуется применять высокочастотные траизисторы с пассивирующими покрытиями на поверхности кристалла и с низкой мощностью рассеяния, работающие в режиме больши? токов.

Униполярные транзисторы. Радиационная стойкость определяется из-

Интегральные микросхемы

Действие ИИ проявляется в обратимых нарушениях работоспособности, вызванных ионизационными эффектами, и в необратимой деградации параметров.

менениями поверхностных и объемных состояний, обусловленными процессами в окисле, покрывающем поверхность приборов. Униполярные транзисторы выдерживают уровни ИИ меньшие, нежели биполярные. Наиболее чувствительйы к воздействию ИИ униполярные транзисторна с изолированным затвором (МДП транзисторы) Уже при ПДИ фотонного излучения менее 10 рад и ПИЧ, равном 1012 част/см, наблюдается необратимый сдвиг характеристик прямой передачи в сторону более отрицательных смещений затвора (изменение порогового напряжения). Направление сдвига не зависит от типа проводимости канала и напряжения на затворе. Равные дозы различных излучений создают одинаковый сдвиг характеристик. Абсолютная величина сдвига зависит от толщины и материала диэлектрической пленки (чувствительность к ИИ снижается в следующей последовательности: SiOj, SiN4, SiO, AlaOe), материала электродов, технологии изготовления приборов, напряжения на затворе. Наиболее устойчивыми к ИИ являются МДП структуры с диэлектриком на основе AI2O3. Они выдерживают фотонные излучения с Г!ДИ до 10 рад и уровни быстрых нейтронов ПИЧ до 10 нейтр ./см. Униполярные транзисторы с управляющим р-и-переходом обладают большей устойчивостью к ИИ, чем МДП транзисторы. Последствия ИИ проявляются Б увеличении . тока утечки затвора. Минимально изменяются и характеристики транзисторов с р-каналом; ток утечки затвора при ИИ не превышает 10 нА. В транзисторах с -каналом при обратном смещении на затворе~ ток утечки может достигать 1 мкА.

Таким образом, среди униполярных транзисторов наибольшей устойчивостью к воздействию ИИ обладают приборы с управляющим р-п-переходом и р-каналом.

Транзисторы

Биполярные транзисторы. Радиационная стойкость в основном определяется деградацией ко.эффициен-та передачи по току. Второстепенные эффекты: изменение вольт-амперных характеристик р- -переходов, уменьшение емкостей р- -переходов. Главная причина деградации параметров биполярных транзисторов при ИИ - радиационные дефекты в полупроводниковом материале.

Максимально допустимый ПИЧ, который может выдержать биполярный транзистор для заданного изменения параметра hi, определяется из соотношения:

где - граничная частота усиления транзистора по току в схеме с общей базой, Гц; hi - коэффициент передачи транзистора по току в схеме с общим эмиттером до начала ИИ, h i - коэффициент передачи транзистора потоку Б схеме с общим эмиттером после ИИ; К - постоянная, зависящая от типа транзистора, нейтр с/см . (для германиевых транзисторов р-h-рТипа К = = (4,2 ± 0,2) . 10 и и-р-я-типа К = (1,8 ± 0,2) . 10; для кремниевых транзисторов р-ft-р-типа К =

достигается при мощности ПДИ, равной 2 10 рад/с.

При тепловом поглощении фотонных излучений наблюдаются различные повреждения:- от разрушения контактов до полного испарения межсоединений. Степень разрушений возрастает с ПДИ и зависит от атомного веса материала. Надежность алюминиевых соединений существенно не изменяется при действии ПДИ, полностью разрушающей золотые проводники.

Значительный интерес для использования в условиях ИИ представляют ИС на основе керамических элементов (керамические твердые схемы). Такие ИС способны работать при нейтронном ИИ при ПИЧ 10 ... ... 10 нейтр./см и ПДИ фотонных излучений до Ю ... 10** рад.

С помощью конструктивно-технологических мер предполагается в ближайшие годы повысить радиационную стойкость ИС на 3 ... 4 порядка [22 ... 26]. В настоящее время хорошо отработаны и широко используются схемотехнические методы фототоковой компенсации, функциональное резервирование и другие меры, позволяющие повысить радиационную стойкость ИС на один-два порядка.

Данные по допустимым ПИЧ и ПДИ для некоторых материалов и ЭРЭ приведены на рис. 2.4,

Влияние ИИ ,

на электровакуумные приборы

Основные радиационные дефекты при воздействии ИИ на электровакуумные приборы: комптоновские токи, разгерметизация или разрыв баллона, выделение газов (СО, COg, Оа пары HgO) с последующим отравлением катода, вторичное ИИ.

Главным источником комптонов-ских электронов является сетка. Анодный ток при воздействии ИИ увеличивается так, как если бы на сетку было подано положительное напряжение. Степень возрастания анодного тока зависит от коэффициента усиления лампы и величины сопротивления между сеткой и катодом.

Степень воздействий ИИ на баллоны из стекла и керамики зависит от сорта материала. Наименее стой-

Основные причины нарушения работоспособности: изменение параметров у входящих в них элементов (резисторов, транзисторов и др.), повреждение межсоединений, ухудшение качества изоляции. Радиационная стойкость конкретных ИС определяется их конструктивно-технологическими и схемными особенностями.

Конструкти вно-технологические методы повышения радиационной стойкости ИС следующие:

- обеспечение стойкости к ИИ активных и пассивных элементов;

- создание надежной электрической изоляции элементов в условиях воздействия ИИ;

- использование радиационно-стойких проводящих и диэлектрических пассивирующих материалов;

- ослабление первичного ИИ за счет рационального выбора конструкции корпуса и применение материалов, поглощающих энергию ИИ.

Наименее устойчивы к ИИ ИС с изоляцией сстречно включенными /)-п-переходами. Уже при ПДИ 10* ... 10 рад существенно возрастает уровень электрических паразитных связей между элементами. Активизируются также паразитные переключающие четырехслойные структуры, связанные с изолирующими переходами. Все это вызывает сбои или полный отказ ИС. Совершенствование этого способа ведется по пути уменьшения площади изолирующего перехода (метод ионной имплантации и др.) и использования изоляции в виде двуокиси кремния, сапфира, керамики. При использовании сапфировых подложек можно получить ИС, способные работать при мощности ПДИ до Ш рад/с. ИС на поликристаллической подложке выдерживает излучение с мощностью ПДИ до 10- ... 10 рад/с. Повреждение межсоединений может произойти из-за фототоковой генерации и теплового поглощения материалом межсоединений низкоэиер-гетических фотонных излучений.

Разрушение межсоединений из-за фототоковой генерации характерно для биполярных ИС, в которых при ИИ плотность тока в металлизации может возрасти в 100 раз. Для алюминиевой металлизации типичной толщины предел термоэлектрической про-чности составляет 5 - 10 А/см, что

ДВуотсь о/!юття

Пасло иретииореаначесиое Полиамиды Лошширт

Полиэтилен -

Пол /7ро6о0тии е/т/аллы

Смолб/ фетльные--

Смоль/ э/7оти0ш/е Стенло

Dmemonwom--

Фторопласт Бороуаперодистые MepmuvecHue Шснретт/е и ашегральт/е)

/OM/703utfe/oHm/e: -перемешыв miemvm/e - переметь/е сбьемт/е -лостоянт/8

ffemffллoллemvл6/e -

Лло6олочт/е:

-на керомине

Готолле отб/е г/лтегралбт/е Углеродисть/е me/fowb/e

Вумам- ь/е ---

Hepamvec/fue Пленочные

Сегнето/еромтесние Стенлоэмалевь/е и слюдяные Элентролишчеснае

Диоды высоночастотные Диоды тзночастотт/е Диоды л71/тельт/е Тронзишорь/ дилолярные: -германиевые В.ч. -еерманиедые н.ч.

- нремниеВь/е В. ч. -нремниеВые н.ч. Транзисторь/ МДП

/нл7егрильт/е минросхемы:

- нерамичеоние -пленочные

-поле ?рододниноВые ТТЛ -на ком/7леменл?арны}с МДП транзисторах

- на /1ДЛ транзисторих одтго mum проводимости