Радиационной стойкости

Для производства печатных кабелей применяют армированные фольгированные пленки из фторопласта-4 (ФАФ-4Д) и полиэфирные пленки (ПЭТФ). Прямое прессование медной фольги с термопластичным основанием позволяет добиться геометрической стабильности материала при кратковременном изменении температуры до 180 ... 200°С. Более высокой термостабильностью (до 250 °С), прочностью на растяжение, несгораемостью, радиационной стойкостью, а также способностью к равномерному травлению в щелочных растворах обладают полиимидные пленки, но высокая стоимость и водопоглощение ограничивают их широкое применение коммутационными ДПП и МПП в микроэлектронной аппаратуре. Термопластичные материалы, обладающие повышенной текучестью, используются при изготовлении рельефных ПП. К ним относятся сложные.композиции, основу которых составляют полиэфирсульфоны и полиэфиримиды. Введение в пластмассы стеклянного наполнителя увеличивает их рабочую температуру до 260°С, что позволяет проводить пайку монтируемых элементов расплавлением дозированного припоя в паровой фазе.

Усилители на полевых транзисторах. В последние годы начали широко применять усилители на полевых транзисторах, так как они обладают существенно большими входным сопротивлением, температурной стабильностью и радиационной стойкостью по сравнению с усилителями на биполярных транзисторах. Однако их частотные свойства хуже, чем у аналогичных усилителей на биполярных транзисторах.

Под радиационной стойкостью электроизоляционных материалов понимают способность выдерживать воздействие ионизирующих излучений, т. е. излучений, вызывающих ионизацию атомов и возбуждение электронов. Среди разнообразных видов таких излучений наибольшую опасность для электроизоляционных материалов представляют гамма-излучение и нейтронное излучение, способные проникать в вещества на большую глубину — порядка десятков сантиметров. При использовании электроизоляционных материалов в ядерном реакторе они подвергаются воздействию смешанного излучения, в котором главную роль играют составляющие гамма- и нейтронного излучения.

Одними из основных устройств энергетического реактора на тепловых нейтронах являются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы), представляющие собой цилиндрическую оболочку 2 диаметром 9—13 мм, заполненную ядерным топливом 3 — таблетками диоксида урана UO2 ( 14). Диоксид урана химически инертен, обладает высокой температурной и радиационной стойкостью. Оболочка с топливом снизу и сверху герметизируется заглушками 1. Для фиксации положения топливных таблеток внутри оболочки используют различные пружинные устройства 4. Оболочки

7. Явления холодной эмиссии, которые позволили создать электровакуумные приборы в микроэлектронном исполнении с применением пленок. Обладая всеми преимуществами вакуумных приборов (высокие входные сопротивления, малые шумы), они характеризуются очень высокой радиационной стойкостью, весьма малыми размерами, высокими рабочими частотами.

10. Интересные возможности для реализации быстродействующих ЗУ большого объема представляют переключатели на основе аморфных материалов (не имеющие кристаллического строения), обладающие симметричной S-образной вольт-амперной характеристикой. Время переключения прибора составляет 1,5-10"'° с. На основе элементов из халькогенидных стекол создано постоянное ЗУ на 256 бит с возможностью электрической перезаписи и высокой плотностью упаковки структуры, сравнимой с достигнутой плотностью в биполярной и МДП-тех-нологии. Емкость ЗУ может возрасти до 106 бит. Эти приборы обеспечивают хранение информации без расхода энергии и считывание без разрушения, обладают симметричностью вольт-амперных характеристик и высокой радиационной стойкостью.

( 9.3). По внешнему виду эти приборы почти не отличаются от конденсаторных структур типа «металл — диэлектрик — металл, однако принцип их работы иной. Пленка диэлектрика очень тонкая, способная пропускать токи до 0,01 А, верхний электрод также достаточно тонкий (не более 50 нм). Принцип работы пленочных эмиттеров следующий. Электроны из катода (толщиной порядка 0,5 мкм) попадают в диэлектрик и в зависимости от толщины аморфной пленки диэлектрика разгоняются в нем до больших скоростей либо рассеиваются со значительными потерями энергии. Толщину диэлектрика выбирают минимальной, однако такой, чтобы сохранялась сплошная структура пленки и не было частичных микропробоев диэлектрика. Рабочая толщина диэлектрика обычно не превышает 40 нм. Так называемые горячие электроны просачиваются через потенциальный барьер и мигрируют через наружный электрод в вакуум. Пленочная структура металл — диэлектрик — металл выполняет фактически функцию холодного катода, который в отличие от обычных катодов почти не шумит, обладает повышенной радиационной стойкостью и очень малыми размерами при большом токе эмиссии с единицы поверхности.

Карбид кремния SiC — один из перспективных материалов для таких областей техники, как опто-, силовая и СВЧ-электроника. Этот материал обладает высокими механической твердостью и прочностью, химико-термической и радиационной стойкостью. Имеется возможность просто управлять типом его электропроводности и значением удельного сопротивления. Из него можно создавать устройства и приборы, способные функционировать в экстремальных условиях.

Слои из оксида алюминия А12О3 используют в качестве изолятора или защитного покрытия в МДП-структурах и МДП БИС. Оксид алюминия обладает повышенной радиационной стойкостью, образуется при низких температурах, что обеспечивает сохранность металлизации и неизменность свойств таких низкотемпературных полупроводников, как германий и ряд соединений АШВУ и АПВ^, имеет высокие электрические характеристики, прежде всего высокую диэлектрическую проницаемость (что обеспечивает эффективную работу А12О3 в элементах памяти микросхем); устойчив к дрейфу многих катионов, вызывающих нестабильность характеристик приборов, в том числе натрия.

Важнейшими особенностями полевых транзисторов являются их очень высокие входное сопротивление (до Ю75 Ом), малое значение коэффициента шума Km (2—4 дБ) и высокое значение граничной частоты (до 1 ГГц). Температурная зависимость параметров полевого транзистора, по сравнению с биполярным транзистором, практически мало заметна. В целом температурный коэффициент значительно лучше, чем у биполярного, и обычно не превышает 0,2 % на 1 К- Кремниевые полевые транзисторы могут успешно работать при /^125 °С. Нижний предел температуры для них практически не ограничен, так как полевые транзисторы, в отличие от биполярных, сохраняют работоспособность даже при очень глубоком охлаждении (вплоть до —200 °С). Полевые транзисторы отличаются также лучшей радиационной стойкостью, т. е. они оказываются менее чувствительны к воздействию проникающей радиации. В связи с перечисленными преимуществами полевые транзисторы, особенно МДП-транзисторы, являются весьма перспективными активными элементами.

Влияние радиоактивных излучений на электрические свойства полупроводников связано с появлением новых энергетических уровней в запрещенной зоне. Эти уровни могут захватывать носители зарядов, в результате чего уменьшается их эффективное время жизни и заметно ухудшаются основные параметры ПП и ИМ. Эффективности центров рекомбинации, возникающих при облучении, существенно разные для различных полупроводниковых материалов. Например, дефекты в кремнии, облученном нейтронами, оказываются в 10 раз активнее, чем дефекты в германии. Поэтому германий является более радиационно-стойким -материалом, чем кремний. Как правило, материалы с меньшим удельным электросопротивлением отличаются более высокой радиационной стойкостью. Наиболее чувствительной к облучению частью приборов являются р-п переход и область базы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ

Глава двенадцатая. Определение характеристик радиационной стойкости

.Ленйя пЛейочных угЛербдистых резисторов разной конструкции: спрессованных в пластмассу, в чехлах из эпоксидной смолы, запаянных в керамику и заваренных в стекло. Все они имели первоначальное сопротивление 1 МОм, что дает возможность провести сравнение их радиационной стойкости.

Полевые транзисторы находят все более широкое применение благодаря высокому входному сопротивлению, что позволяет подключить к источнику сигналов большое число каскадов без шунтирования источника сигнала, повышенной радиационной стойкости и удовлетворительному быстродействию.

В последнее время в связи с развитием космической техники и атомной энергетики к материалам, используемым в этих областях, предъявляются требования радиационной стойкости, т. е. способности материалов противостоять длительному воздействию радиоактивных ионизирующих излучений высокой энергии (корпускулярных и волновых).

Изопланарный процесс сложнее процесса изолирующей диффузии, но он позволяет создавать в 2 раза меньшие элементы и увеличить выход годных ИМС. Таким образом, при наличии высокого быстродействия, радиационной стойкости и других преимуществ, присущих диэлектрической изоляции, метод обеспечивает плотность в размещении элементов, сравнимую с плотностью МОП приборов.

В книге сохранен без изменения традиционный принцип объединения электронных приборов по виду рабочей среды, которая однозначно определяет и общность большинства физических явлений в изучаемых устройствах, что облегчает усвоение материала студентами. Однако рассмотрение общих вопросов, относящихся к различного рода определениям, классификации электронных приборов, режимам и условиям их эксплуатации, надежности, радиационной стойкости и шумам, вынесено во введение и последний, третий раздел.

Устройство кремниевого преобразователя поясняет 7.7, где n-Si- и p-Si-области кристалла с разным типом проводимости: / — фронтальный металлический электрод на освещаемой поверхности; 2 — тыльный металлический электрод, полностью покрывающий поверхность кристалла с неосвещаемой стороны. Чтобы не затенять освещаемую поверхность, ширина фронтального электрода не превышает 1 мм. На фронтальную поверхность кристалла наносится просветляющее покрытие из монооксида кремния или оксида титана. Для повышения радиационной стойкости преобразователя (см. § 15.1) кремний легируют литием.

Радиационная стойкость оптоэлектронных и других типов электронных приборов. Воздействие непрерывного ИИ на оптопары приводит к уменьшению коэффициента передачи и ухудшению импульсных характеристик. Снижение коэффициента передачи обусловлено не только падением усиления фотоприемника, но и изменением характеристик светоизлучающих диодов и оптического канала связи. Нейтронные потоки и •у-излучение, создающие примесные уровни в запрещенной зоне полупроводников, способствуют возникновению в кристалле центров безызлучательиой рекомбинации (см. § 7.1). В результате интенсивность света, испускаемого светодиодом, падает. Повышение радиационной стойкости светодиодов может быть достигнуто выбором материала с минимальным временем жизни носителей. Радиационная стойкость GaAs светодиода может быть повышена замещением части атомов галлия алюминием.

Полевые транзисторы находят все более широкое применение благодаря высокому входному сопротивлению, что позволяет подключить к источнику сигналов большое число каскадов без шунтирования источника сигнала, повышенной радиационной стойкости и высокому быстродействию.

Исследования, проведенные в области изучения влияния радиоактивного излучения на органические полимеры, позволяют сделать следующий вывод в отношении радиационной стойкости органических материалов: в ароматических соединениях наблюдается большая стойкость к действию радиации, чем в алифатических. Полимеры алифатического ряда, содержащие фенильные радикалы, такие как полистирол, проявляют большую радиационную стойкость, чем полимеры без бензольных колец. Предполагается, что бензольные кольца поглощают значительную часть атомной энергии.