《电子器件核加固基础》

目录1

第一章引言1

1.1模拟3

1.2分析3

1.3质量控制6

1.4鉴定9

1.5分析方法10

1.6对易损性分析时的几项工作11

第二章辐射环境和辐射效应14

2.1概要14

2.2定义15

2.3辐射的量度22

2.4核武器环境24

2.5 1百万吨核爆炸28

2.5.1马赫茎29

2.5.2粒子和射线29

2.5.3放射性粒子沉降33

2.6超压33

2.6.1动压37

2.6.2等值线37

2.6.3概述38

2.7核环境中的辐射强度40

2.7.1 γ射线43

2.7.2中子52

2.7.3电磁脉冲57

2.7.4热冲击58

2.7.5噪声62

2.7.7光63

2.7.6极光效应63

2.7.8冲击波64

2.7.9气候变化64

2.7.10其它效应65

2.8宇宙环境65

2.8.1太阳系内的自然辐射强度66

2.8.2宇宙射线66

2.8.3空间辐射强度67

2.8.4太阳风71

2.8.5宇宙膨胀和物质变化*75

2.8.6放射性碳C1475

2.8.7地球所吸收的太阳能75

2.9反应堆环境76

2.9.1核电站77

2.9.2加速器78

2.9.3剂量测定80

2.9.4《NAP》和《SNAP》发电机80

2.9.5核电池82

2.10电视83

2.11辐射的生物学效应84

第三章 电子材料和无源元件的辐射效应93

3.1辐射对材料的穿透93

3.1.1模拟设备93

3.1.2计算机模拟94

3.1.3辐射的探测和测量94

3.2能量和材料的相互作用96

3.2.1作用于材料的辐射96

3.2.2电子间的相互作用96

3.2.3 γ射线（X射线）和物质的相互作用97

3.2.4α粒子的穿透99

3.2.5中子对材料的损伤99

3.2.6瞬时辐射100

3.2.7核辐射粒子101

3.2.8同位素103

3.2.9放射性核素103

3.2.10 α粒子的放射103

3.2.11中子和γ射线的关系104

3.2.12电磁辐射104

3.2.13裂变过程106

3.2.14放射性粒子的分类106

3.2.15辐射加热107

3.2.16电离效应107

3.2.17屏蔽材料108

3.2.18静电屏蔽109

3.3绝缘材料的辐射效应110

3.4磁性材料的辐照效应116

3.5材料及部件的总剂量阈值119

3.6辐照引起的电阻率变化123

3.7光学材料的辐射效应126

3.8电气分系统的辐射损伤126

3.9辐照所引起的金属性能的变化138

3.10空间辐射环境用的材料138

3.11互辐射效应143

3.12辐射对镍和镉的影响144

3.13晶体在辐射环境中的敏感性144

3.14部件分析146

3.14.1参数变化与辐射能量的关系146

3.14.2加固器件的性能147

3.15焊料的热损伤148

3.16连接器的热损伤149

3.17电阻的核加固149

3.18电容器的核加固151

3.19电缆分析155

3.20核辐照环境中的热电偶159

3.21红宝石激光器的敏感性160

3.22其它电子部件的辐射效应162

第四章半导体器件的辐射效应168

4.1基本半导体效应169

4.2中子环境下晶体管特性的叙述170

4.3表面复合速度172

4.6高注入水平173

4.5发射极效率173

4.4基极－发射极场区的复合173

4.7电流增益截止频率174

4.8位移损伤过程174

4.9对入射能量的依赖关系176

4.10损伤常数对电阻率和注入水平的依赖关系178

4.11双极晶体管的中子损伤常数179

4.12硅材料的损伤常数180

4.13锗分析182

4.14离子注入183

4.15半导体器件的结论188

第五章分立器件的模型设计和辐射灵敏度分析194

5.1 p-n结器件194

5.1.1计算机模型设计194

5.1.2半导体体内的电离效应194

5.1.3集总模型技术196

5.2包含辐射效应的二极管模型199

5.3本征晶体管的光响应206

5.3.1详细的晶体管集总模型210

5.3.2包含辐射效应的埃伯施－莫尔（Ebers-Moll）晶体管模型212

5.3.3模型设计小结220

5.4二极管的核加固220

5.4.1p-n结的二次击穿225

5.4.2雪崩二极管225

5.4.3微波雪崩二极管振荡器226

5.4.4隧道二极管228

5.4.5变容二极管的抗中子辐射性分析229

5.5晶体管的核加固233

5.5.1方程推导234

5.5.2有关辐射效应的一些表格242

5.5.3功率晶体管247

5.5.3.1抗辐射硅n-p-n功率晶体管248

5.5.3.2k′值的解释和使用249

5.5.3.3辐照数据分析251

5.5.4结型场效应晶体管分析256

5.5.4.1瞬态辐射效应256

5.5.4.2永久性损伤257

5.5.5绝缘栅场效应器件260

5.6可控硅整流器261

5.7对确定标率的元器件（晶体）的影响264

5.8真空管265

5.9太阳电池265

5.10奥氏器件277

5.11电池组278

5.12提要279

第六章集成电路的辐射效应285

6.1集成电路与分立元件电路辐射效应的比较286

6.2中子效应288

6.3 γ剂量率的影响296

6.4对扩散电阻的影响298

6.5包含光子、质子和电子效应的典型电路分析299

6.6闭锁机理302

6.7四层开关作用303

6.8二次击穿306

6.9持位电压击穿307

6.10氧化物电荷堆积309

6.11介质隔离310

6.12集成电路中的互补金属－氧化物－半导体晶体管（CMOS）319

6.13调节器和触发器326

6.14方向和展望327

第七章 电路与等效电路分析333

7.1元件分析与电路分析333

7.2分析步骤334

7.3电压调节器和电源341

7.4辐射环境中的电路设计342

7.4.1有源与无源元件的数量比低342

7.4.2电路功率损耗低342

7.4.3最大的逻辑灵活性343

7.4.4退火343

7.4.5计算机辅助电路设计345

7.5封装346

7.5.1厚膜微电路346

7.5.2梁式引线连接350

7.5.3薄膜微电路351

7.7迂回躲避法353

7.6中子对放大器偏压的影响353

7.8设计方法357

7.9准则362

第八章电磁脉冲366

8.1说明366

8.2使用脉冲函数的近似算法371

8.3电压和电流尖锋信号373

8.4电磁场衰减374

8.5对电磁脉冲的屏蔽375

8.6对天线系统的影响377

8.7半导体器件的电磁脉冲效应381

8.8平衡加固385

8.9.1控制设计386

8.9电磁脉冲干扰的控制386

8.9.2接地387

8.9.3屏蔽390

8.9.4接合394

8.9.5滤波器395

8.9.6其它建议396

8.10结论398

第九章可靠性问题403

9.1可靠性公式403

9.2定义405

9.3原则407

9.4核加固子系统可靠性举例407

9.5可靠性核加固标准412

9.6统计分析412

9.6.1非均匀辐射效应413

9.6.2独立分析的不一致性414

9.7影响可靠性和成本的其它因素415

9.8降低额定值416

9.9威布尔曲线417

9.10失效概率418

9.10.1失效概率与时间的关系421

9.10.2失效概率与辐射水平的关系422

9.11影响可靠性因素424

9.12关于可靠性结论425

第十章评论与展望427

10.1 1980～1990年的展望427

10.2核加固成本428

10.3计算机模型430

10.4问题范围435

10.5系统的瞬变现象436

10.6γ剂量率问题437

10.7损伤机理438

10.8辐射效应分析439

10.9核加固委员会441

10.10加固的改进程序442

10.11损伤量的变化443

10.12加固的成本445

10.13建议446

附录A 名词注释447

附录B 变换表和图490

附录C 补充的书目501

附录D 辐射的历史和事实513

附录E 计算机模拟520