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什么是辐射硬化产品?我们如何抵抗辐射影响?

辐射防护 辐射硬化
发布:2020-09-27 16:56:26    

自从玛丽·居里(Marie Curie)发现辐射以来,辐射已为工程师带来了无数的应用程序和设计问题。什么是辐射,辐射如何影响电路,工程师如何防止辐射?

什么是放射性?

放射性是一种自然现象,其中不稳定的原子核以辐射的形式释放能量使其变得更稳定,这种能量释放有以下三种类型之一:Alpha,Beta和Gamma。α衰变是指原子核释放出一个α粒子(一个氦原子核,或两个质子和两个中子),而Beta衰变是指原子核释放出一个β粒子(一个电子),因为原子核中的中子衰减成质子。 。伽马射线是一种高能光子,其频率通常大于1018 Hz,但是伽马射线总是在Alpha和Beta衰减期间发射。

辐射如何影响电子电路?

对于电子电路来说,辐射是一个特殊的问题,因为辐射可以几种不同的方式进行干扰。辐射影响电路的第一种方法是通过其破坏性。Alpha粒子高度电离,结果会通过剥夺电子来使材料变性,从而造成物理损坏。但是,Alpha粒子具有最低的渗透能力,因此只能破坏材料的最外层。Beta粒子还可以通过使材料离子化或将电子从原子上敲除而造成物理损坏。尽管它们不像Alpha那样具有破坏性,但它们可以更深地渗透到材料中,从而损坏内部组件。伽玛射线是所有辐射类型中电离最少的,其破坏性物理功率来自电子或原子核的激发。然而,

辐射会在电子电路中造成严重破坏的第二种方法来自感应电流的能力。虽然辐射本身不能感应大电流,但是将材料电离的能力以及越来越小的晶体管尺寸导致辐射能够触发晶体管的栅极。这可以采取短暂允许晶体管传导足够电流以翻转存储在存储器中的位,甚至干扰FLASH芯片中的浮栅层的形式。结果是信息可能会受到干扰,从而使计算机无法可靠地运行。

什么是辐射硬化零件?

辐射硬化零件是已建立措施的组件进入它们以抵抗辐射的影响。组件使用的第一种方法是金属屏蔽,这些零件一目了然,显示出镀金的包装(金核非常重,非常适合吸收辐射)。辐射防护也可以通过绝缘材料上的半导体来完成。这可以防止诸如粒子干扰大块半导体材料时引起的闩锁之类的影响。防止辐射的另一种方法是使用不同的电路技术,例如在CMOS上使用BJT。双极结型晶体管(BJT)基于电流,并使用更大的硅空间,使其对辐射和ESD的损坏具有更大的弹性。相反,CMOS技术使用的MOS晶体管利用非常薄的绝缘栅,容易受到损坏。使用高带隙材料可以进一步提高辐射硬度例如碳化硅和氮化镓,它们具有很强的介电性能,能够抵抗电压尖峰。在中子辐射成为问题的情况下,可以在IC封装中利用硼来吸收中子。尽管如此,结果仍然是发射α粒子(但是,这些粒子更易于防御)。、
 

上面的所有辐射硬化方法都涉及物理屏蔽和机制,以防止损坏;但是,使用软件可以减轻辐射的影响。如果辐射的影响不是机械的,而是存储器中损坏的位,则可以改用纠错。例如,纠错存储器或ECC,通常用于可能会遇到此类故障的应用程序。一旦内存中的某个位被翻转,其他错误位(例如奇偶校验)就可以迅速标记出内存中的错误,然后将其恢复到其原始内容。

经常在哪里发现辐射硬化零件?

防辐射部件总是会在容易受到辐射影响的应用中找到,但也可能会在需要高度可靠性的应用中找到。首先,在核反应堆和试验场发现的电子设备将结合这些电子设备,原因显然是这些应用直接涉及辐射。航天应用还将利用辐射部分,因为宇宙射线会在电路中造成严重破坏在太空或高空(例如商业客机)。如果使用放射性武器,还可以在某些军事产品中找到防辐射部件,例如坦克和通讯设备。尽管服务器场可能未使用经过辐射加固的组件,但它们通常会在内存中使用ECC保护,因为宇宙流浪会导致内存中的位翻转。

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