单片机系统X射线剂量增强效应研究

摘要

自20世纪70年代初发现剂量增强效应以来，电子器件和电路的X射线剂量增强效应就引起了人们的普遍关注和高度重视，研究也在不断的深入。剂量增强效应是一种特殊的总剂量效应，它不仅与射线的能量有关，同时还与材料、器件结构及金属化类型有关。随着大规模集成电路中重金属的广泛应用，及器件封装屏蔽材料越来越趋向于重金属化，剂量增强效应也会变得越来越严重。本文以主要由Intel公司生产的16位单片机N80C196KC20、WSI公司的PSD501B1和X24F128构成的系统作为研究对象，通过X射线和γ两种不同射线的辐照对比，对单片机系统电路和单元电路的剂量增强效应进行了研究。
　　本文详细介绍了剂量增强效应的历史，国内外的研究情况;通过论述X射线与物质相互作用的规律，阐述了剂量增强效应产生的根本原因。讨论了材料、器件和集成电路的剂量增强效应，以及器件剂量增强损伤程度的度量公式。
　　对单片机系统及单元电路剂量增强效应的实验原理进行了研究，并制定了实验方案。在X射线和γ，射线辐射环境中分别进行了单片机系统电路和单元电路的动态偏置辐照实验，通过对比，研究了单片机系统及单元电路的剂量增强效应，同时也就单元电路的辐照敏感性对系统的影响进行了研究。
　　以N80C196KC20单片机系统为研究对象，在器件剂量增强表征公式的基础上，研究了系统剂量增强的表征方法，并将相对剂量增强系数的计算公式推广到了系统电路。研究表明:动态偏置辐照状态下，单片机系统电路及单元电路存在X射线剂量增强效应;提出了绝对失效判据的概念，并采用绝对失效判据研究了系统电路的剂量增强效应，得到了系统电路的相对剂量增强系数，采用绝对失效判据是合适的;在武器电子学系统应用中，当辐照总剂量较低时，系统及单元电路的剂量增强效应不显著，可以不予考虑。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 国内外研究现状

1．3 研究意义

1．4 本文的主要工作

第二章 X射线剂量增强效应机理

2．1 X射线和γ射线与物质相互作用机制

2．1．1 光电效应

2．1．2 康普顿效应

2．1．3 电子对效应

2．1．4 γ射线的吸收规律

2．2 电离辐射总剂量效应

2．3 剂量增强效应

2．3．1 剂量增强效应的产生

2．3．2 界面的剂量增强

2．3．3 材料的剂量增强

2．3．4 器件的剂量增强

2．3．5 集成电路的剂量增强

2．4 吸收剂量测量

2．5 小结

第三章 实验原理与实验方案

3．1 单片机系统的剂量增强效应

3．1．1 相对剂量增强系数

3．1．2 辐照样品

3．1．3 退火效应

3．1．4 单片机系统总剂量辐射损伤的表征参数

3．2 实验方法

3．3 实验样品制备

第四章 单片机系统剂量增强效应的实验研究

4．1 X射线辐照实验

4．1．1 X射线系统电路辐照实验

4．1．2 X射线单元电路辐照实验

4．1．3 X射线辐照结果分析

4．2 样品退火

4．3 γ射线辐照实验

4．3．1 γ射线系统电路辐照实验

4．3．2 γ射线CPU单元电路辐照

4．3．3 γ射线PSD单元电路辐照

4．3．4 γ射线存储器单元电路辐照

4．3．5 γ射线辐照结果分析

4．4 数据处理及其结果讨论

4．4．1 剂量修正及修正后的剂量增强结果

4．4．2 失效判据的不同选取及其结果

第五章 总结与展望

5．1 系统剂量增强效应研究

5．2 研究结论

5．3 展望

致谢

参考文献

附录A 研究生在校期间发表学术论文情况