Влияние радиации на полупроводниковые диоды

 

Воздействие радиации на полупроводниковый диод зависит от того, какой эффект использован в качестве основы его работы, вида материала, удельного сопротивления его, а также конструктивных особенностей диода.

Германиевые диоды.

При облучении нейтронами проводимость диодов (плоскостных и точечных) в обратном направлении увеличивается, в прямом - уменьшается. При потоках более 10¹³ нейтр/см² выходят из строя, при - 10¹¹ нейтр/см² - происходит значительное изменение характеристик. При таких условиях облучения они могут работать в схемах, на работоспособность которых не сказывается существенно изменение характеристик проводимости диодов в обратном направлении.

При воздействии малых доз g - облучения (10⁴ Р при мощности дозы 6*10⁴ Р/ч) обратный ток плоскостных диодов возрастает на 10%, на такую же величину уменьшается емкость p - n перехода, а также возникают фототоки. Через несколько дней после облучения параметры восстанавливаются до первоначального уровня.

Кремниевые диоды.

Под воздействием нейтронной радиации проводимость точечно-контактных диодов уменьшается в прямом и обратном направлениях; у плоскостных диодов проводимость в прямом направлении также уменьшается. Повреждение диодов обусловливается изменением характеристик проводимости в прямом направлении. Изменение характеристик тем больше, чем больше мощность потока. Доза 10¹² нейтр/см² нейтронного облучения вызывает заметное изменение характеристик диода.

Диоды могут быть использованы при облучении нейтронным потоком 10¹³ - 10¹⁷ нейтр/см², если изменение характеристик в прямом направлении не влияет на работу схемы.

Воздействие g - облучения (мощность дозы 10⁶ Р/ч) вызывает обратимые изменения обратного тока, составляющие 10^-8 А.

Характер воздействия облучения электронами и протонами на германиевые и кремниевые диоды аналогичен нейтронному.

 

Влияние радиации на транзисторы

 

Воздействие быстрых нейтронов вызывает нарушение кристаллической решетки материала (основной эффект) и ионизацию (вторичный эффект). Вследствие этого изменяются параметры полупроводниковых материалов - время жизни основных носителей (t), удельная проводимость (r), скорость поверхностной рекомбинации дырок с электронами. Вследствие изменения вышеуказанных параметров уменьшается коэффициент усиления по току b₀ (a₀), увеличивается обратный ток коллектора (I_к0), возрастают шумы транзистора. Изменение коэффициента усиления является необратимым, а изменения обратного тока могут быть обратимыми и необратимыми.

Протоны и электроны влияют на характеристики транзисторов также как и нейтронное облучение.

Влияние радиации на коэффициент усиления

 

Максимальный интегральный поток частиц Ф, который может выдерживать транзистор для заданного изменения параметра b₀, определяется из соотношения:

, (1)

 

где f_а - граничная частота усиления по току в схеме с общей базой;

b₀ - коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером (до начала облучения);

b₀^об - коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером (после облучения);

к - постоянная, зависящая от типа транзистора (нейтр/с) /см².

 

Таблица 6.

Значения коэффициента к.

Материал	Тип проводимости транзистора	к
Германий n	p-n-p	(4,2 ± 0,2) *107
Германий p	n-p-n	(1,8 ± 0,2) *107
Кремний n	p-n-p	(3,1 ± 0,4) *106
Кремний p	n-p-n	(4,6 ± 3,3) *106

 

Как видно из таблицы наибольшую радиационную стойкость имеют германиевые p-n-p транзисторы. Они при прочих равных условиях выдерживают поток быстрых нейтронов на 1 - 2 порядка больше, чем кремниевые. Ориентировочно для оценки радиационной стойкости можно пользоваться диаграммой.

 

Транзисторы

База

Кремниевые

fа ¯

большой толщины

средней толщины

тонкая

Германиевые

fа ¯

большой толщины

средней толщины

тонкая

1010

1011

1012

1013

1014 нейтр см2

2,5*105

2,5*106

2,5*107

2,5*108

2,5*109

Р

 

Левые границы прямоугольников соответствуют тем значениям потоков и доз, при которых становятся заметными необратимые изменения, а правые границы - значения потоков и доз, при которых характеристики транзисторов находятся на грани пригодности (в качестве критерия годности выбрано изменение коэффициента усиления b₀).

Предпочтение следует отдавать германиевым p-n-p транзисторам с высоким значением f_а и малым b₀ для устройств, работающих в условиях ионизирующей радиации.

При радиации происходит в основном изменение кратковременное I_к0. Причинами изменения являются:

а) ионизация, создаваемая g - лучами, изменяющая поверхностные свойства полупроводника;

б) свойства материала корпуса, окружающего переход;

в) разрушения в полупроводниках, обусловленные нейтронами.

Ионизация, создаваемая радиацией, инжектирует избыток носителей в транзистор, вследствие чего возникают значительные шумы.

Например, облучении потоком g - лучей при мощности дозы 2*10⁶ Р/ч приводит к возрастанию шумов на 2 дб.

Шумы исчезают при выходе из поля излучения.

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 570; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!