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1、摘 要摘要VDMOOS是功功率电子子系统的的重要元元器件，它它为电子子设备提提供所需需形式的的电源和和为电机机设备提提供驱动动。在辐辐照环境境中使用用的VDDMOSS器件的的电学参参数会在在受到辐辐照后发发生变化化，影响响到其在在整体电电路中的的应用，因因此对其其辐照效效应及抗抗辐照技技术的研研究具有有重要的的意义。本文研究究了功率率VDMMOS器器件的总总剂量辐辐照理论论，借助助数值仿仿真软件件深入分分析了总总剂量辐辐照对功功率VDDMOSS器件性性能的影影响，以以及VDDMOSS器件的的总剂量量辐照加加固理论论和方法法，重点点分析了了薄栅氧氧化层技技术，后栅氧氧化层技技术。基于上上述研究究
2、设计了了一套薄薄栅氧化化层技术术结合后后栅氧化化层技术术的功率率VDMMOS器器件总剂剂量辐照照加固的的工艺流流程，并并采用该该流程制制造出了了一种总总剂量辐辐照加固固的功率率VDMMOS器器件。关键词：功率VVDMOOS器件件，总剂量量辐射，后栅氧技技术 IIIABSTTRACCTVDMOOS iis aan iimpoortaant commponnentt off poowerr ellecttronnic sysstemms, whhichh prroviide thee neecesssarry fformmsoff poowerr soourcce ffor eleectrroni
3、ic ddeviicess annd ppoweer-ddrivvereleectrricaal eequiipmeent.In Raddiattionn ennvirronmmentt, tthe eleectrricaal pparaametterss off VDDMOSS deevicces useed iin tthe willl bbe cchanngedd affterr irrraddiattionn, wwhicch aaffeect thee ovveraall cirrcuiit, So thee reeseaarchh off thhe VVDMOOS rradiiat
4、iion harrdenned tecchnoologgiess iss veery impporttantt. The tottal dosse rradiiatiionoof ppoweer VVDMOOS ddeviicess arre rreseearcchedd inn thhis theesiss.Annd II usse nnumeericcal simmulaatioon ssofttwarre-ddeptth aanallysiis oof tthe tottal dosse oof iirraadiaatioon oon tthe perrforrmannce of pow
5、wer VDMMOS devvicees, as welll aas tthe tottal dosse oof VVDMOOS ddeviicess reeinfforccemeent theeoryy annd mmethhod of irrradiiatiion, foocussingg onn annalyysiss off thhe tthinn gaate oxiide tecchnoologgy, aftter thee gaate oxiide tecchnoologgy. Bassed on thee abbovee reeseaarchh, deesiggn aa seet
6、 oof tthinn gaate oxiide tecchnoologgy aafteer tthe gatte ooxidde ttechhnollogyy poowerr VDDMOSS deevicce ttotaal ddosee irrraddiattionn off thhe sstreengtthenningg prroceess andd thhe pproccesss ussed to creeatee a tottal dosse oof iirraadiaatioon ppoweer VVDMOOS ddeviicess reeinfforccemeent. Key w
7、orrds: poowerr VDDMOSS deevicces, a tottal dosse oof rradiiatiion, “llatee annd tthinn gaate” tecchnoologgy目 录目录第1章引引言11.1课课题研究究价值与与意义111.2国国内外研研究现状状11.3 本文主主要工作作3第2章 VDMMOS器器件基本本知识442.1 VDMMOS器器件基本本结构和和优良性性能42.1.1 VVDMOOS基本本结构442.1.2 VVDMOOS器件件的优良良性能442.2 VDMMOS器器件基本本参数772.2.1 直直流漏源源导通电电阻Roon72.2.2
8、 漏漏源击穿穿电压BBVDSSS1002.2.3 阈阈值电压压102.3 辐射与与辐射技技术简介介112.3.1 辐辐照环境境112.3.2 辐辐射的主主要机制制132.3.3 辐辐射的主主要效应应142.4 本章小小结177第3章总总剂量辐辐照对VVDMOOS的影影响1883.1 总剂量量辐照对对VDMMOS的的影响1183.1.1总剂剂量辐照照对阈值值电压的的影响1183.1.2 辐辐照对跨跨导Gmm的影响响263.1.3总剂剂量辐照照对击穿穿电压的的影响2273.2本本章小结结29第4章功功率VDDMOSS器件的的总剂量量辐照加加固理论论和方法法304.1 MOSS器件抗抗电离辐辐射加固
9、固的原则则及主要要方法3304.1.1抗辐辐照加固固方法3304.1.2 MMOS器器件抗电电离辐射射加固的的原则3314.2薄薄栅氧化化层技术术简介3324.2.1减小小阈值电电压VTT的漂移移324.2.2减少少跨导GGm的降降低3444.2.3减少少击穿电电压BVV的降低低354.3后后栅氧化化层总剂剂量辐照照加固技技术3554.4本本章小结结37第5章总总剂量辐辐照加固固工艺流流程和器器件设计计395.1工工艺流程程设计3395.2关关键工艺艺405.3总总剂量辐辐照加固固的功率率VDMMOS器器件设计计415.3.1常规规电学参参数仿真真设计4415.3.2抗辐辐照参数数仿真设设计4
10、665.4本本章小结结47第6章结结束语448参考文献献49致谢500外文资料料原文551外文资料料译文55575第1章 引言第1章引引言1.1课课题研究究价值与与意义随着航天天技术、核核能等高高技术领领域的迅迅速发展展，越来来越多的的高性能能商用半半导体器器件需要要在核辐辐照环境境中工作作。电力力电子系系统是空空间电子子系统和和核电子子系统的的心脏，功功率电子子技术是是所有电电力电子子系统的的基础。VVDMOOS是功功率电子子系统的的重要元元器件，它它为电子子设备提提供所需需形式的的电源和和为电机机设备提提供驱动动。几乎一切切电子设设备和电电机设备备都需用用到功率率VDMMOS器器件11-4
11、。VDDMOSS器件具具有不能能被横向向导电器器件所替替代的优优良性能能，包括括高耐压压、低导导通电阻阻、大功功率、可可靠性等等。随着着航空航航天技术术和核技技术的快快速发展展，如何何提高功功率电子子的抗辐辐照能力力具有至至关重要要的作用用，功率率辐照技技术是航航空航天天及核领领域应用用研究的的重点5。直接选用用高性能能商用器器件可以以极大地地降低系系统的成成本，但但同时也也需要担担当一定定的风险险。因为为这类器器件在设设计的过过程中，通通常并没没有考虑虑在核辐辐照环境境中的工工作问题题。例如如：空间间辐照环环境使得得航天器器中的电电子系统统在极端端苛刻的的环境中中工作，辐辐照能加加速电子子系
12、统和和材料的的老化，并并导致电电学性能能的退化化，也有有可能在在电子系系统的某某些部分分产生瞬瞬态现象象。这些些损伤可可能只发发生在个个别地方方，却能能影响电电路板，子子系统，甚甚至整个个系统的的功能丧丧失。此此外，空空间辐射射环境中中的高能能质子、中中子、粒子、重重离子等等还会导导致航天天器电子子系统中中的半导导体器件件发生单单粒子效效应(SSinggle Eveent Efffectt)，严严重影响响航天器器的可靠靠性和寿寿命66-7。有计算表表明，普普通的VVDMOOS器件件在近地地球轨道道上，最最多可使使用300500年，而而在远地地球轨道道上则最最多只有有半年。由由些可见见，对VVD
13、MOOS辐照照的总剂剂量（氧氧化物被被俘获的的电荷）辐射效应及抗辐照能力的研究将有助于提高电子元器件的质量和可靠性。功率电子技术是所有电力电子系统的基础，功率半导体是进行功率处理的半导体，是功率电子技术的基础。因此，需要进行功率VDMOS器件的抗辐照研究与设计。1.2国国内外研研究现状状从19662年美美国和前前苏联在在太平洋洋上空进进行核爆爆炸试验验致使当当时一些些卫星失失效开始始，人们们逐渐重重视辐射射环境下下电子器器件的行行为并进进了详细细的研究究。本世世纪六十十年代，人人们开始始注意到到低剂量量率长时时间辐射射对卫星星上的器器件有很很大影响响。到70年年代人们们有了一一定的初初步共识识
14、，认为为当辐射射射线能能量大于于二氧化化硅能带带的禁带带宽度时时就可以以产生总总剂量效效应。在在辐射条条件下射射线的能能量可以以改变硅硅器件氧氧化层中中的电荷荷，从而而改变半半导体器器件表面面的电场场分布，改改变MOOS晶体体管的开开启电压压，同时时还能改改变半导导体和绝绝缘体界界面电荷荷状态，使使之能随随半导体体表面能能带电势势变化而而充电或或放电，并并且它还还会对沿沿表面运运动的载载流子产产生散射射作用，使使载流子子迁移率率下降，使使晶体管管性能变变差。后来随着着研究的的深入，报报道的数数据越来来越丰富富，发现现总剂量量辐射对对各种条条件的随随机性很很大，尽尽管已经经研究了了那么多多年，却
15、却始终不不能形成成一个定定量的精精确的模模型和理理论。大大部分都都是定性性的趋向向性的结结论，并并且这些些结论还还有一些些特定的的条件。到到目前为为止总剂剂量辐射射的理论论基本上上还是一一种半经经验的实实验理论论。我国在220世纪纪60年年代末，已已经开始始对半导导体材料料及器件件的辐射射效应和和辐射加加固进行行研究，880年代代以来形形成了一一定的研研究规模模，近220年取取得了丰丰硕的研研究成果果。目前前，我国国在这一一领域中中已经进进入了更更为深入入，更为为广泛的的研究阶阶段。国内对抗抗辐照产产品的研研制比较较晚，推推出的电电子元器器件也很很有限，市市场竞争争能力较较差，国国内的抗辐照照
16、电子产产品研制制的工作主主要集中中在信号号处理的的数字和和模拟电电路8-99。如航天天某研究究所研制制的抗辐辐照的数数字门电电路，中中电某所所研制的的系列抗抗辐照的的放大器器等模拟拟集成电电路。国国内研究究单位在在功率单单芯片电电路或者者器件的的研究相相对少得得多因此此功率抗抗辐照VVDMOOS的设设计技术术、工艺艺技术还还有待进进一步提提高。关于辐照照环境对对功率VVDMOOS器件件电学特特性的影影响，主主要的方方法是采采用减薄薄栅氧化化层厚度度的办法法来提高高VDMMOS器器件的抗抗辐射能能力。但但是薄栅栅氧化层层的缺点点在于对对H在在氧化层层中的移移动和HH2通过过氧化层层扩散到到Si/
17、SiOO2界面面的抵抗抗能力差差，容易易被击穿穿。还有有方法采采用Sii3N44-SiiO2双双层栅介介质层和和自对准准重掺杂杂浅结PP+区的办办法，来来提高VVDMOOS器件件的抗辐辐射能力力，但是是需要增增加额外外的Sii3N44栅介质质层工艺艺步骤。法国、美美国、比比利时双双极器件件抗总剂剂量水平平可达221088radd(Sii) ,MOSS也可达达11088radd(SiiO2)。国内内有航天天部7771所，中中国科学学院新疆疆物理所所，信息息产业部部电子224所在在做这个个工作，7771所所和新疆疆物理所所加固水水平在111088radd(Sii)左右右。电子子24所所加固水水平在
18、00.2-0.55radd(Sii)左右右。研究功率率VDMMOS器器件辐照照效应的的论文和和成果很很多，从从研究基基点来看看大致有有以下几几个方面面：辐照照源（单单粒子、XX射线、YY射线、质质子、中中子、电电子等）、剂剂量率、器器件工艺艺、器件件尺寸等等；其研研究内容容来主要要是器件件的电离离损伤效效应和位位移损伤伤效应如如界面态态效应、氧氧化物陷陷阱电荷荷效应。1.3本本文主要要工作本文的核核心任务务是针对对DMOOS的辐辐射效应应，主要为为VDMMOS的的总剂量量效应进进行相关关的理论论学习与与研究，以以及针对对普通栅结结构VDMOOS的辐辐射效应应进行仿仿真分析析，再对抗辐辐射加固固
19、VDMMOS器器件仿真真及分析析。第二章是是概论，主主要简单单介绍了了功率DDMOSS器件基基本结构构，优良良性能，主主要基本本参数及及VDMMOS工工艺。第第三章辐辐射理论论和辐射射的基本本知识。第第四章是是对普通硅硅栅DMMOS辐辐射效应应进行总总剂量辐辐射情况况仿真及及分析，及及加固了的器件件进行仿仿真分析析，再将将二者进进行比较较。第五五章结合合普通VVDMOOS器件件的工艺艺流程和和抗辐射射加固的的原则，提提出抗辐辐射VDMOOS工艺艺流程。最后在在第六章章中对本本次毕设设的工作作进行总总结。第5章 总剂量辐照加固工艺流程和器件设计第2章VVDMOOS器件件基本知知识2.1VVDMO
20、OS器件件基本结结构和优优良性能能2.1.1 VVDMOOS基本本结构图2-11功率VVDMOOS示意意图10垂直导电电双扩散散（Veertiicall Dooublle-ddifffuseed MMetaal OOxidde SSemiiconnducctorr）。VVDMOOS器件件结构如如图2-1所示，漏极极布置到到与源极极、栅极极相反的的另一表表面。采采用多元元胞并联联以增大大导通电电流。设设置了高高阻厚nn外延延层(以以n沟道器器件说明明，p沟沟道类似似)，引引入体PPN结提提高击穿穿电压。为为避免高高电压下下的表面面击穿，又又引入了了场板、场场限环等等终端结结构。栅极为零零偏压时时
21、无沟道道形成，漏漏源之间间的电压压加在反反偏PN结结上，器器件处于于阻断状状态。当当栅极电电压超过过阈值电电压Vtth时，pbase中形成沟道，器件处于导通状态。2.1.2VDDMOSS器件的的优良性性能功率MOOS场效效应晶体体管是多多子器件件，不存存在少子子注入效效应，在在高频应应用领域域明显优优于双极极晶体管管。此外外它与双双极功率率器件相相比具有有诸多优优良性能能，以下下分别阐阐述110-12：1高输输入阻抗抗、低驱驱动电流流VDMOOS器件件为电压压控制，具具有很高高的输入入阻抗，驱驱动电流流在数百百纳安数数量级。输出电电流可达达数十或或数百安安，直流流电流放放大系数数高达1108-
22、1099，VDDMOSS管的这这一优点点给电路路设计带带来极大大的方便便。2开关关速度快快、高频频特性好好VDMOOS管是是靠多数数载流子子导电的的多子器器件，没没有少子子贮存延延时效应应，VDDMOSS的载流流子是电电场控制制的，开开关时间间基本上上决定于于寄生电电容和寄寄生电感感，不像像双极型型晶体管管那样，存存在着有有源区少少子的注入入和抽取取现象。所所以VDDMOSS管的开开关速度度远大于于双极型型管。VVDMOOS管的的载流子子运动是是快速的的漂移运运动，因因而具有有良好的的高频特特性。3负电电流温度度系数、热热稳定性性优良VDMOOS管的的沟道电电阻具有有正的温温度系数数，器件件电
23、流具具有负的的温度系系数，因因而VDDMOSS器件具具有良好好的电流流自动调调节能力力，图2-2给出漏漏极电流流Id与温度度t的关关系。此此外，该该器件具具有均匀匀温度分分布的能能力，不不会形成成局部热热斑，因而而可以避避免热电电恶循环环。4安全全工作区区域宽、有有效避免免二次击击穿由于VDDMOSS器件电电流的温温度系数数为负值值（图2-2），不存存在局部部热点和和电流集集中问题题，只要要合理设设计器件件，可以以从根本本上避免免二次击击穿。VVDMOOS管的的安全工工作区如如图2-3所示，它比双双极型管管的宽。图2-22电流负负温度系系数图2-33 VDDMOSS的安全全工作区区5高度度线性
24、的的跨导，输出阻抗高放大失真小 功率VDDMOSS的I-VV特性如如图2-4所示，功功率VDDMOSS的在饱饱和区，Id随Vg是线性增加的，这时跨导是常数。这是因为，功率VDMOS的沟道很短，极易发生漂移速度饱和，此时漏极电流就与沟道两端的压降无关，但仍与反型沟道中的电荷密度成正比，从而与(VGS-Vth)成正比。图中还可可以看出出，功率率VDMMOS在在饱和区区输出特特性曲线线很平，即即输出阻阻抗很高高，远大大于一般般MOSSFETT。这是是因为对对有源区区起有效效漏电压压作用的的VD本身远远小于漏漏电压VVD，当当VD变化化时，由由于P阱对电电场有一一定的屏屏蔽作用用，P区的表表面的边边界
25、上电电位VDD变化化甚小。再再者，这这时沟道道区电子子本身速速度是饱饱和的，随随VD的变化化又极小小。因此此，电流流几乎与与VD值无无关，即即沟道长长度调制制效应不不明显。图2-44 功率率VDMMOS的的I-VV特性2.2VVDMOOS器件件基本参参数2.2.1直流流漏源导导通电阻阻Ronn导通电阻阻决定了了功率MMOSFFET的的最大额额定电流流，是最最重要的的参数之之一。功功率MOOSFEET由许许多单元元并联而而成，由由于导通通电阻与与面积成成反比，因因此本节节讨论的的均为单单位面积积的导通通电阻。直流漏漏源导通通电阻RRon如如图 2-5所示由七七个电阻阻成分组组成，源源区电阻阻Rs
26、oourcce，反反型沟道道区电阻阻Rchh，栅漏漏积累区区电阻RRa，结结型场效效应管夹夹断区电电阻Rjj，轻掺掺杂漏区区电阻RRdriift、衬衬底电阻阻Rsuub和接接触电阻阻Rcoontaact（图图中未画画出）。可可以表示示为：(2-11)图2-55VDMMOS器器件的导导通电阻阻构成源电阻RRsouurcee为： (2-22)式中，为为单位面面积的沟沟道宽度度(cmm/cmm2)，为源区的结深，为沟道末端到源金属接触的距离。沟道电阻阻Rch主要要由，决定。我我们可通通过保持持减小得到到，这就就要求高高的元胞胞密度，同同时小心心控制PP-boody和和N+源极扩扩散的分分布，防防止r
27、eeachh-thhrouugh击击穿的发发生。 (22-3)积累层RRA电阻阻,从沟沟道进入入JFEET区的的电流散散射主要要由积累累层电阻阻所致，而而积累层层电阻受受控于积积累层内内的电荷荷和其表表面的自自由载流流子迁移移率。 (22-4)上式K是是二维效效应常数数，表征征从沟道道经积累累层进入入JFEET区的的电流。通通常情况况下K=0.66，LAA是积累累层长度度。JFETT区RJJ电阻是是两相邻邻P-bbodyy间的漂漂移区电电阻。如如果耗尽尽区垂直直方向的的压降效效应被忽忽略，该该电阻能能较容易易算出。假假设积累累层的电电流均匀匀流进耗耗尽区，则则 (22-5)上式中WWj为PP-
28、boody的的结深，WWd为器器件工作作时漂移移区内的的耗尽层层宽度。高高压功率率VDMMOS器器件的漂漂移区一一般掺杂杂浓度较较低来承承受高压压，因此此其耗尽尽层宽度度Wd很很大，导导致RJJ迅速升升高。该该问题可可以通过过增加多多晶栅宽宽度来解解决，但但同时导导致元胞胞密度和和耐压的的降低。所所以，需需要在电电阻和耐耐压之间间不断折折中。漂移区电电阻RDD在对漂漂移区电电阻的分分析中，有有很多模模型。在在此假设设从JFFET区区流进漂漂移区的的电流分分布如图图4-9所所示，梯梯形的高高度由多多晶窗口口宽度、PP-boody结结深和耗耗尽层宽宽度决定定。 (2-6) (2-7)因此，总总漂移
29、区区电阻为为：。图2-66DMOOS器件件漂移区区电阻模模型图衬底电阻阻Rsuub，对对于高压压功率VVDMOOS，衬衬底电阻阻可以忽忽略不计计。但对对于耐压压低于550V的的低压功功率VDDMOSS，衬底底电阻是是导通电电阻中的的重要部部分，特特别是当当需要衬衬底足够够厚以维维持晶圆圆的强度度以满足足器件制制造要求求的情况况下。得得到： (22-8)接触电阻阻Rcoontaact，当当源金属属和源区区的接触触面积占占整个元元胞面积积很小一一部分时时，将有有限接触触电阻考考虑进导导通电阻阻是很重重要的。而而由于漏漏区金属属覆盖了了整个漏漏区，所所以漏区区接触电电阻较小小：。其其中 (22-9)
30、 (22-100)当器件按按比例缩缩小时，源源接触电电阻在导导通电阻阻中占的的比例将将迅速上上升，由由此在高高密度器器件的制制造中常常用硅化化物替代代铝作源源接触金金属。2.2.2漏源击击穿电压压BVDDSS漏源击穿穿电压BBVDSSS用来来表征VVDMOOS的耐耐压极限限，通常常它指的的是PNN-主结的雪雪崩击穿穿电压。当当漏极电电压使反反偏PNN-结耗尽尽区电场场达到临临界击穿穿电场时时，或者者当这个个耗尽区区的载流流子获得得能量足足以引起起电离时时，就发发生雪崩崩击穿。它它取决于于N-区的特特性和器器件表面面电场的的分布及及结终端端形式。但但当沟道道很短时时，有可可能先发发生沟道道穿通，
31、因因此实际际测量得得到的击击穿电压压是沟道道穿通电电压和雪雪崩击穿穿电压中中的较小者。2.2.3阈值电电压1阈值值电压(开启电电压)VVthVDMOOS的阈阈值电压压VT定义为为源接地地(VSS=0),使PP-boody沟沟道区表表面为反反型时栅栅上所需需加的电电压。实实际测试试中，常常将漏栅栅短接后后(VDDS=VVGS)，漏漏电流等等于2550AA(IDDS=2250A)时时的栅源源电压定定为阈值值电压VVT。与普通通DMOOS器件件相同为为：(2-111)其中，是是平带电电压，是是表面势势，是沟沟道浓度度。一般般认为，由由于制造造P型区区域是靠靠通过掩掩膜的窗窗口扩散散受主杂杂质而形形成
32、的，PP区表面面杂质浓浓度不均均匀，按按阈值电电压的定定义，它它应使表表面反型型沟道处处处形成成，故式式中的应应取最大大值。同同理，也也应取来来计算(2-112)2.3辐辐射与辐辐射技术术简介抗辐射电电子学是是是指如如何使电电子学技技术具有有抗辐射射能力的的科学，即即它是研研究电子子技术如如何在辐辐射环境境中生存存和应用用的一门门科学。电子技术术的基础础是建立立在对电电子运动动的控制制上，因因此它具具有灵敏敏度高、速速度快的的特点，适适于自动动化控制制、实时时快速测测量和数数据处理理、远距距离传输输和传播播等。然然而，正正是由于于电子技技术的这这些特点点，它就就易受辐辐射环境境的影响响，特别别
33、是半导导体和微微电子学学器件最最易受辐辐射环境境的影响响。随着着科学技技术的发发展，特特别是核核武器，核核动力和和空间技技术的发发展，辐辐射环境境和电子子技术的的关系愈愈来愈密密切。因因此人民民必须研研究辐射射对电子子元器件件和电子子系统的的影响，以以及如何何使电子子元器件件和系统统提高抗抗辐射的的能力，这这是抗辐辐射电子子学迅速速发掌的的历史背背景。抗辐射电电子学的的研究内内容主要要包括：辐射对对电子元元器件及及系统的的影响，即即辐射效效应；辐辐射如何何对电子子元器件件即系统统产生影影响，即即损伤机机制；电子元元器件及及系统如如何对抗抗辐射的的影响，即即辐射加加固技术术。2.3.1辐照照环境
34、电子系统统（元器器件）的的辐照效效应取决决于所处处的辐照照环境，即即辐照的的种类、强强度、能能量、瞬瞬变或持持续时间间参数13。本节节从电子子系统（元元器件）受受辐照影影响的角角度，对对可能遇遇到的主主要辐照照环境作作扼要的的介绍。空间辐照照环境。空空间辐照照环境包包括宇宙宙射线、太太阳风、极极光辐照照和范艾伦辐辐照带等等。宇宙射线线：来自自宇宙空空间的极极高能量量的粒子子的辐照照，大部部分起源源于银河河系或其其它星系系，也有有小部分分来自太太阳。又又分为初初级宇宙宙射线、次次级宇宙宙射线和和太阳宇宇宙射线线等。随随着高度度从500km下下降，宇宇宙射线线的强度度很快上上升，在在20kkm处为
35、为峰值，之之后，随随着这些些次级宇宇宙射线线被空气气吸收，强强度很快快下降。到到了海平平面，初初级宇宙宙射线约约占5%，次级级宇宙射射线硬性性部分约约占322%，软软性部分分约占663%。宇宇宙射线线还会受受到地球球磁场的的影响，即即东西效效应，西西方的强强度稍大大于东方方。太阳风：由太阳阳发出的的一股恒恒定的带带电粒子子（质子子和电子子）流。极光辐照照：当宇宇宙射线线中的带带电粒子子被地磁磁场俘获获投向极极区，还还可来回回反射几几次，产产生极光光辐照。范艾伦伦辐照带带：是被被地磁场场所捕获获的带电电粒子的的辐照区区域。范范艾伦伦辐照带带分为两两个同心心环的辐辐照粒子子区，即即内、外外范艾艾伦
36、辐照照带。内内带主要要由质子子组成，位位于6000880000km高高度之间间。外带带主要由由电子组组成，位位于48800350000kkm的高高度之间间。核爆炸的的核辐照照环境。核核爆炸可可以由重重核（2235UU，2339Puu）的裂裂变反应应或轻核核（D，TT）的聚聚变反应应引起。裂裂变反应应是通过过中子引引发原子子核使之之发生裂裂变；聚变反反应是通通过两个个较轻原原子核合合成一个个较重原原子核释释放能量量。核爆炸的的能量主主要以热热辐照、瞬瞬发核辐辐照和缓缓发核辐辐照方式式释放，其其典型能能量分配配如表22-1所所示。表2-11 核爆爆炸的典典型能量量分配热辐照瞬发核辐辐照缓发核辐辐照
37、X射线紫外、红红外可见见光中子射线裂变碎片片动能中子射线射线70%5%2%0.2-1%18%约0%约2%约3%核电磁脉脉冲环境境。核爆爆炸时不不仅产生生强大核核辐照，而而且伴随随有强大大的电磁磁辐照，即即核电磁磁脉冲。核核电磁脉脉冲的强强度十分分大，覆覆盖的面面积非常常大，频频谱很宽宽，对电电子系统统、电力力系统、通通讯系统统和控制制系统等等会产生生严重的的影响和和破坏。内电磁脉脉冲环境境。当射线穿穿入金属属壳体内内的腔体体内会激激发产生生电磁场场，称为为内电磁磁脉冲。系统电磁磁脉冲环环境。当当射线线和X射射线直接接作用于于系统构构件，会会在系统统构件的的外表面面或内表表面打出出康普敦敦电子或
38、或光电子子，使构构件的局局部失去去电荷，引引起电荷荷的不平平衡。如如果构件件的表面面是金属属，则电电荷立即即重新分分布引起起电流流流动，即即产生所所谓的置置换电流流，亦即即表面电电流，并并发射电电磁波，称称此为系系统电磁磁脉冲。高功率微微波。它是靠靠定向的的电磁辐辐射的作作用人体体，特别别是对电电子、电电气系统统和设施施进行干干扰、破破坏，失失之失效效、瘫痪痪，因此此高功率率微波辐辐射相当当于对军军事和社社会机体体的“神经毒毒气”。除上述辐辐照环境境外，一一些实验验装置也也存在不不同程度度的辐照照环境。最最广泛应应用的是是加速器器，反应应堆也是是最广泛泛应用的的中子源源。除此此之外，还还有其他
39、他实验室室强辐射射源。2.3.2辐射射的主要要机制各种辐射射如何对对电子元元器件和和系统造造成损伤伤的主要要机制有有：位移移效应，电电离效应应和表面面效应13。位移效应应这指的的是辐射射离子与与晶体原原子相互互作用后后，使原原子获得得足够能能量离开开晶格的的原有位位置。多多数半导导体材料料中晶格格原子的的位移阈阈值为110225eVV，能量量大的辐辐射例子子与晶格格原子相相互作用用，很容容易使原原子产生生位移，形形成缺陷陷。这些些缺陷如如同复合合中心一一样，使使基区少少数载流流子寿命命减小，从从而降低低了晶体体管的电电流增益益。缺陷陷中心一一般有六六种作用用：1) 复合，载载流子的的寿命取取决
40、于复复合中心心密度，辐辐射后，硅硅内部缺缺陷增多多，复合合中心增增加，因因而载流流子寿命命变小，对对BJTT的直接接影响是是电流增增益变小小。2) Tempporaary traappiing（临临时俘获获），辐辐射影响响了电荷荷耦合器器件的传传输系数数。3) 补偿作用用（载流流子去除除效应）自自由电子子被辐射射诱生受受主中和和，减少少了平衡衡多子浓浓度，会会影响所所有依赖赖载流子子浓度的的器件。4) 产生电子子空穴对对，在耗耗尽层中中该作用用很重要要，主要要影响漏漏电流，在在氧化层层中的电电子空穴穴对及界界面态则则对MOOS器件件的阈值值电压产产生漂移移作用。5) 隧穿效应应，会造造成器件件
41、电流在在某些位位置的增增加。6) 产生散射射中心，其其主要影影响是使使载流子子迁移率率下降。高能中子子、原子子和电子子均可产产生位移移效应，由由它们引引起的性性能变化化是类似似的，但但不同类类型的辐辐射产生生位移效效应所经经历的微微观过程程是不一一样的。电离辐射射（质子子、电子子、射线线）主要要通过库库伦散射射吧能量量交与原原子，它它所造成成的位移移缺陷是是均匀分分步的点点缺陷。中中子是不不带电的的，它主主要通过过弹性碰碰撞来交交付能量量。高能能中子在在半导体体内引起起的是缺缺陷群。辐辐射引入入的缺陷陷可与晶晶体内原原有的杂杂质，氧氧空位作作用，形形成各类类形式的的缺陷复复合体。在在一定的的温
42、度下下，缺陷陷、缺陷陷群和缺缺陷复合合体都不不稳定，可可以退火火或自湮湮灭，或或构成新新形式的的缺陷。电离效应应即电离离辐射使使半导体体内产生生过剩的的电子空穴对对，因此此使电导导率改变变，当辐辐射源去去除后，电电导率又又恢复至至原值。当当加上电电场时，这这些过剩剩的电子子和空穴穴分别趋趋向正极极和负极极，形成成光电流流。电离离效应是是产生瞬瞬时光电电流的主主要机制制，这种种光电流流将造成成扰动，影影响电路路正常工工作。表面效应应即电离离辐射在在半导体体表面的的氧化层层中产生生电离，其其结果是是使氧化化层中建建立正电电荷并引引入界面面态。氧化层中中由于辐辐射电离离产生电电子空空穴对，电电子的迁迁移远大大于空穴穴的迁移移率，