Мобильный офис с антенной решеткой стандарта GSM-900

(4.7)

а кратность воздухообмена:

(4.8)

4.5 Воздействие ионизирующих и электромагнитных излучений на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы

Для оценки возможных нарушений работоспособного состояния электрорадиоизделий

и аппаратуры при воздействии ионизирующих и электромагнитных излучений разработчику необходимо располагать информацией о возможных видах радиационных эффектов, их зависимости от амплитудно-временных и спектрально-энергетических характеристик излучений и их вида. Принято выделять следующие радиационные эффекты: смещения, переноса заряда и ионизационные.

Эффекты смещения представляют собой перемещение атомов из своего нормального положения в кристаллической решетке материала. Эти перемещения сопровождаются возникновением структурных дефектов кристаллической решетки, к простейшим из них относят свободные положения в решетке (вакансии) и дополнительные атомы между ее узлами (межузельные внедрения).

Помимо простейших дефектов, которые в материалах полупроводников оказываются неустойчивыми при комнатной температуре, и могут релаксировать через некоторое время после прекращения облучения, в них возникают сложные дефекты (ассоциация различных дефектов между собой, а также с примесями и дефектами решетки), существующие в течение длительного времени.

При облучении электронами и фотонами с энергией ниже 1 МэВ возникают, как правило, простейшие дефекты. Облучение нейтронами, протонами и электронами более высоких энергий обычно сопровождается появлением кластеров дефектов, обусловленных движением по кристаллу первичных атомов отдачи с достаточно высокой (0,1 . 100 кэВ) энергией.

В электронных узлах эффекты смещения влияют в основном на работу полупроводниковых приборов, поскольку приводят к существенным изменениям времени жизни неосновных носителей, их концентрации и подвижности, зависящих от уровня излучения. Таким образом, следует различать долговременные и кратковременные эффекты смещения.

Долговременные эффекты смещения проявляются в необратимом, сохраняющемся по истечении некоторого времени после облучения изменении различных параметров полупроводниковых приборов. Это изменение зависит от интегрального потока частиц и дозы гамма-излучения, их энергетического спектра и температурных условий облучения. При прочих равных условиях более жесткий спектр излучения и понижение температуры облучаемого материала приводят к росту числа структурных дефектов.

При облучении гамма- и нейтронным излучениями влияние гамма-излучения на процесс образования структурных дефектов во многих случаях чрезвычайно мало в сравнении с воздействием нейтронов.

Однако в некоторых случаях, например, при воздействии гамма- и нейтронного излучений на униполярные транзисторы, металл-диэлектрик-полупроводник (МДП)-структуры, стекла, органические диэлектрики и смазки дозовые эффекты необходимо учитывать.

Кратковременные эффекты смещения проявляются в обратимых изменениях параметров объектов и характерны для импульсного облучения. Как известно, смещенные под действием облучения нейтронами атомы в начальный момент представляют собой термодинамически неустойчивые образования, большинства из них, в частности простейшие дефекты, имеют весьма малую энергию активации, определяющую скорость их рекомбинации. Из-за высокой скорости рекомбинации значительная доля созданных дефектов структуры за весьма малые промежутки времени после прекращения облучения «отжигается». Поэтому частично восстанавливаются первоначальные свойства материалов и соответственно ЭРИ. Однако с процессами рекомбинации протекают процессы, связанные с перегруппировкой структурных повреждений, взаимодействием их с атомами примеси и дефектами структуры. Если длительность облучения значительно превышает характерное время таких процессов, то после облучения практически наблюдаются необратимые повреждения или медленные и слабо выраженные процессы восстановления параметров.

При воздействии нейтронного импульса эти процессы восстановления не успевают закончиться к моменту его окончания, что проявляется в глубоком кратковременном изменении параметров изделий и схем РЭА, во много раз превосходящем установившееся после облучения значение параметров. Изменение параметров зависит от плотности потока нейтронов, а длительность процесса восстановления (быстрого «отжига») — в основном от свойств материалов и режима работы изделий в РЭА. Кратковременные изменения параметров из-за импульса нейтронов могут привести к полной потере работоспособности аппаратуры на период их времени восстановления.

Эффекты переноса заряда обусловлены передачей кинетической энергии ИИ вторичным частицам и проявляются в виде неустановившихся токов, а также захваченного диэлектриком заряда. При движении вторичных заряженных частиц (например, комптоновских электронов, возникающих под действием фотонов высоких энергий, или протонов отдачи, возникающих при взаимодействии нейтронов с водородосодержащими веществами) создаются электрические и магнитные поля, а также протекают неустановившиеся токи, зависящие от мощности дозы облучения. Эти эффекты могут привести к появлению ложных сигналов и сбоев в аппаратуре или пропаданию полезных сигналов, а также при недостаточной электрической прочности входных и выходных цепей к их перегоранию. Заряд, перенесенный вторичными частицами в непроводящую область, может находиться там в течение длительного времени, он зависит от интегрального потока частиц (дозы облучения).

Входящие в состав ИИ заряженные частицы как первичные, так и вторичные выделяют в веществе энергию преимущественно путем образования вдоль траектории движения электронно-ионных пар. Ионизационными называются эффекты, вызванные этими низкоэнергетичными заряженными носителями. Они отличаются от эффектов переноса заряда, которые определяются как смещение зарядов высокоэнергетичными частицами. Число образующихся электронно-дырочных пар независимо от вида первичных частиц определяется только количеством энергии, выделяемой на ионизацию.

Ионизационные эффекты проявляются в виде переходных эффектов (эффектов свободных носителей): промежуточных релаксационных, долговременных эффектов захваченных носителей и химических.

Переходные эффекты связаны с образованием свободных носителей. Средняя продолжительность существования носителей в полупроводниковых материалах до захвата или рекомбинации может меняться от 10-9 до 10-5 с. Поэтому плотность свободных носителей в зависимости от соотношения между длительностями импульса излучения и времени жизни носителей зависит либо от дозы, либо от мощности дозы излучения.

Возрастание числа свободных электронов и ионизированных атомов приводит к изменению электрофизических характеристик материала (например, удельного сопротивления, диэлектрических потерь) и формированию во внешних цепях ЭРИ приращений токов. Из-за высокой подвижности свободных носителей неравновесное состояние, вызванное ионизацией, обычно быстро исчезает после прекращения облучения. Ионизационный эффект и процесс последующего восстановления равновесного состояния зависят от параметров излучения {мощности дозы гамма-излучения и плотности потока нейтронов, спектрального состава излучения, формы и длительности воздействующего импульса) и физических параметров материалов (главным образом времени существования неравновесных носителей заряда в объеме материала).

 Скачать реферат