Таблица 3

Величины нейтронного потока при котором возникают необратимые изменения в резисторах и короткое замыкание, нейтр/см2

Рисунок 1 - Зависимость сопротивления тонкопленочных (1 - 3) и проволочных (4) резисторов от длительности гамма - облучения при общей дозе 2*109 Р.

Импульсное (длительность импульса 0,1 мс) гамма - облучение дозой 103 Р при мощности дозы 107 Р/с в резисторах различных номиналов вызывает обратимые изменения.

Таблица 4.

При малых дозах импульсного нейтронного и гамма облучения, воздействующих одновременно, изменение параметров резисторов разных типов носит обратимый характер (величина изменения определяется не конструкцией, а размерами резисторов). Характеристики резисторов полностью восстанавливаются через 1 - 5 мс после облучения.

4. Влияние ионизирующего облучения на конденсаторы

Ионизирующее облучение вызывает обратимое или необратимое изменение емкости и обратимое изменение величины утечки и тангенса угла потерь.

Нейтронная радиация приводит к необратимым и обратимым изменениям характеристик конденсаторов, а гамма - облучение - в основном - к обратимым изменениям. Общей причиной этого является изменение электрических характеристик диэлектрика (диэлектрической постоянной и сопротивления).

Кроме того происходит выделение газов при облучении в электролитических конденсаторах и конденсаторах с масляным заполнением, что может привести к их разрушению.

Таблица 5.

Влияние радиации на конденсаторы.

Сегнетокерамические конденсаторы подвергались импульсному облучению, остальные - непрерывному.

Влияние радиации на полупроводниковые диоды

Воздействие радиации на полупроводниковый диод зависит от того, какой эффект использован в качестве основы его работы, вида материала, удельного сопротивления его, а также конструктивных особенностей диода.

Германиевые диоды.

При облучении нейтронами проводимость диодов (плоскостных и точечных) в обратном направлении увеличивается, в прямом - уменьшается. При потоках более 1013 нейтр/см2 выходят из строя, при - 1011 нейтр/см2 - происходит значительное изменение характеристик. При таких условиях облучения они могут работать в схемах, на работоспособность которых не сказывается существенно изменение характеристик проводимости диодов в обратном направлении.

При воздействии малых доз g - облучения (104 Р при мощности дозы 6*104 Р/ч) обратный ток плоскостных диодов возрастает на 10%, на такую же величину уменьшается емкость p - n перехода, а также возникают фототоки. Через несколько дней после облучения параметры восстанавливаются до первоначального уровня.

Кремниевые диоды.

Под воздействием нейтронной радиации проводимость точечно-контактных диодов уменьшается в прямом и обратном направлениях; у плоскостных диодов проводимость в прямом направлении также уменьшается. Повреждение диодов обусловливается изменением характеристик проводимости в прямом направлении. Изменение характеристик тем больше, чем больше мощность потока. Доза 1012 нейтр/см2 нейтронного облучения вызывает заметное изменение характеристик диода.

Диоды могут быть использованы при облучении нейтронным потоком 1013 - 1017 нейтр/см2, если изменение характеристик в прямом направлении не влияет на работу схемы.

Воздействие g - облучения (мощность дозы 106 Р/ч) вызывает обратимые изменения обратного тока, составляющие 10-8 А.

Характер воздействия облучения электронами и протонами на германиевые и кремниевые диоды аналогичен нейтронному.

Влияние радиации на транзисторы

Воздействие быстрых нейтронов вызывает нарушение кристаллической решетки материала (основной эффект) и ионизацию (вторичный эффект). Вследствие этого изменяются параметры полупроводниковых материалов - время жизни основных носителей (t), удельная проводимость (r), скорость поверхностной рекомбинации дырок с электронами. Вследствие изменения вышеуказанных параметров уменьшается коэффициент усиления по току b0 (a0), увеличивается обратный ток коллектора (Iк0), возрастают шумы транзистора. Изменение коэффициента усиления является необратимым, а изменения обратного тока могут быть обратимыми и необратимыми.

Протоны и электроны влияют на характеристики транзисторов также как и нейтронное облучение.

Влияние радиации на коэффициент усиления

Максимальный интегральный поток частиц Ф, который может выдерживать транзистор для заданного изменения параметра b0, определяется из соотношения:

, (1)

где fа - граничная частота усиления по току в схеме с общей базой;

b0 - коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером (до начала облучения);

b0об - коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером (после облучения);

к - постоянная, зависящая от типа транзистора (нейтр/с) /см2.

Таблица 6.

Значения коэффициента к.

Как видно из таблицы наибольшую радиационную стойкость имеют германиевые p-n-p транзисторы. Они при прочих равных условиях выдерживают поток быстрых нейтронов на 1 - 2 порядка больше, чем кремниевые. Ориентировочно для оценки радиационной стойкости можно пользоваться диаграммой.

Левые границы прямоугольников соответствуют тем значениям потоков и доз, при которых становятся заметными необратимые изменения, а правые границы - значения потоков и доз, при которых характеристики транзисторов находятся на грани пригодности (в качестве критерия годности выбрано изменение коэффициента усиления b0).

Предпочтение следует отдавать германиевым p-n-p транзисторам с высоким значением fа и малым b0 для устройств, работающих в условиях ионизирующей радиации.

При радиации происходит в основном изменение кратковременное Iк0. Причинами изменения являются:

а) ионизация, создаваемая g - лучами, изменяющая поверхностные свойства полупроводника;

б) свойства материала корпуса, окружающего переход;

в) разрушения в полупроводниках, обусловленные нейтронами.

Ионизация, создаваемая радиацией, инжектирует избыток носителей в транзистор, вследствие чего возникают значительные шумы.

Например, облучении потоком g - лучей при мощности дозы 2*106 Р/ч приводит к возрастанию шумов на 2 дб.

Шумы исчезают при выходе из поля излучения.

Влияние облучения на электровакуумные приборы и интегральные схемы

На электровакуумные приборы излучение влияет слабо, пока не произойдет разрушение стеклянного баллона. Фотоумножители и электроннолучевые трубки повреждаются оптически, еще до полного отказа вследствие потемнения стекла колбы.

В настоящее время доказано, что радиационная стойкость ИС в металлостеклянных корпусах сравнима с ЭВП.

8. Методы конструирования, направленные на уменьшение влияния облучения на характеристики РЭА

При конструировании необходимо:

правильно подбирать и располагать элементы,

шире использовать керамические изоляторы в частях переключателей, разъемах, гнездах и т.д.,

применять стеклоткань и другие неорганические материалы для манжет, кабельной изоляции и др.,

применение элементов из неорганических материалов, слюдяных и керамических конденсаторов,

применять пленочные и металлопленочные сопротивления,

тщательно продумывать схему расположения, для уменьшения токов утечки и пробоя,

экранировать наиболее чувствительные элементы,

правильно выбирать материалы деталей конструкции,

правильно выбирать полупроводниковые приборы.

Для защиты от g - лучей хорошо экранируют, защищают - свинец, уран, торий, висмут, вольфрам, золото, платина, ртуть и некоторые другие тяжелые материалы.

Для защиты от нейтронов применяют экраны из смеси легких и тяжелых элементов (бетон с повышенным содержанием воды), бороль (сплав карбида бора с алюминием), литий, бериллий, железо, медь, вольфрам, висмут.

Страницы: 1, 2