Скачать презентацию Национальный исследовательский университет МИЭТ Радиационная стойкость материалов Подготовили Скачать презентацию Национальный исследовательский университет МИЭТ Радиационная стойкость материалов Подготовили

Радиационная стойкость материалов.pptx

  • Количество слайдов: 21

Национальный исследовательский университет «МИЭТ» Радиационная стойкость материалов Подготовили студенты группы ИТС-35: Дусанюк Валерий, Сорокина Национальный исследовательский университет «МИЭТ» Радиационная стойкость материалов Подготовили студенты группы ИТС-35: Дусанюк Валерий, Сорокина Антонина Руководитель: Лазаренко Пётр Иванович Зеленоград, 2017

Общие сведения 1/20 Радиационная стойкость – способность материалов сохранять исходный химический состав, структуру и Общие сведения 1/20 Радиационная стойкость – способность материалов сохранять исходный химический состав, структуру и свойства в процессе или после воздействия ионизирующих излучений. Ядро атома испускает гамма-квант.

Источники ионизирующего излучения 2/20 Источники ионизирующего излучения 2/20

Единицы измерения 3/20 ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ Беккерель (Бк, Вq); Кюри (Ки, Сu) 1 Бк Единицы измерения 3/20 ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ Беккерель (Бк, Вq); Кюри (Ки, Сu) 1 Бк = 1 распад в сек. 1 Ки = 3, 7 х 1010 Бк Единицы активности радионуклида. Представляют собой число распадов в единицу времени. Грей (Гр, Gу); Рад (рад, rad) 1 Гр = 1 Дж/кг 1 рад = 0, 01 Гр Единицы поглощённой дозы. Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма. Зиверт (Зв, Sv) Бэр (бер, rem) "биологический эквивалент рентгена" 1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг (для бета и гамма) 1 мк. Зв = 1/1000000 Зв 1 бер = 0. 01 Зв = 10 м. Зв Единицы эквивалентной дозы. Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения. Грей в час (Гр/ч); Зиверт в час (Зв/ч); Рентген в час (Р/ч) 1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч (для бета и гамма) 1 мк Зв/ч = 1 мк. Гр/ч = 100 мк. Р/ч 1 мк. Р/ч = 1/1000000 Р/ч Единицы мощности дозы. Представляют собой дозу полученную организмом за единицу времени.

Действие ионизирующего излучения Схемы радиационных нарушений: а - ионизация атома; б - кристаллическая решетка Действие ионизирующего излучения Схемы радиационных нарушений: а - ионизация атома; б - кристаллическая решетка до облучения; в - образование радиационного дефекта в кристалле; 1 - нормальное положение атома; 2 - атом смещен в междоузлие; 3 - образовавшаяся вакансия; 4 - бомбардирующая частица 4/20

Испытания на радиационную стойкость Ускорители заряженных частиц Линейные Циклические 5/20 Ядерные реакторы 1 4 Испытания на радиационную стойкость Ускорители заряженных частиц Линейные Циклические 5/20 Ядерные реакторы 1 4 2 5 3 Устройство циклотрона: 1 — место поступления частиц, 2 — траектория их движения, 3 — электроды, 4 — источник переменного напряжения. Магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости рисунка 6 Схематическое устройство гетерогенного реактора на тепловых нейтронах: 1 — Управляющий стержень; 2 — Радиационная защита; 3 — Теплоизоляция; 4 — Замедлитель; 5 — Ядерное топливо; 6 — Теплоноситель.

Компании, проводящие испытания на радиационную стойкость АО «РНИИ «Электронстандарт» (г. Санкт – Петербург) 6/20 Компании, проводящие испытания на радиационную стойкость АО «РНИИ «Электронстандарт» (г. Санкт – Петербург) 6/20 ОИЯИ (г. Дубна) ФГУП НИИР (г. Лыткарино) (г. Санкт – Петербург) ПИЯФ РАН (г. Гатчина) АО «ЭНПО СПЭЛС» (г. Москва) ФГУП ВНИИА (г. Москва)

Испытания изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость 7/20 Способы определения показателей радиационной стойкости Натурный Испытания изделий полупроводниковой электроники на радиационную стойкость 7/20 Способы определения показателей радиационной стойкости Натурный Теоретический Экспериментальный

Вид воздействия Установки Химические элементы Воздействие короткого гаммаимпульса Импульсные рентгеновские установки; линейные сильноточные ускорители Вид воздействия Установки Химические элементы Воздействие короткого гаммаимпульса Импульсные рентгеновские установки; линейные сильноточные ускорители электронов Воздействие вторичного и осколочного гамма-излучения Гамма-установки Воздействие импульса нейтронов Импульсные ядерные реакторы на быстрых нейтронах Воздействие электронной составляющей излучения Ускорители электронов; бета-установки Воздействие протонной составляющей излучения Ускорители протонов Воздействие тяжелых заряженных частиц Ускорители тяжелых ионов Воздействие короткого импульса гамма-излучения Импульсное лазерное облучение Воздействие ионизирующего излучения Рентгеновские установки с ускоряющим напряжением на трубке Воздействие нейтронов, электронов и протонов α-излучение закрытых радионуклидных источников 8/20 Изотопы кобальт-60 или цезий-137 Изотопы стронций-90 иттрий-90 Калифорний-252 Плутоний-238

Воздействие на конструкционные материалы 9/20 Наиболее значимыми типами радиационных повреждений является: Ø разрушение кристаллической Воздействие на конструкционные материалы 9/20 Наиболее значимыми типами радиационных повреждений является: Ø разрушение кристаллической решетки вследствие выбивания атомов из узлов; Ø ионизация диэлектриков; Ø изменение химического состава веществ вследствие ядерных реакций. Минимальные уровни облучения, вызывающие заметные (20— 30%) изменения свойств неорганических материалов. Минимальные уровни облучения, вызывающие заметные изменения свойств органических материалов

Воздействие на полупроводники 10/20 Вакансии, образованные прошедшим пучком частиц Образование лавины электронов Схематичное отображение Воздействие на полупроводники 10/20 Вакансии, образованные прошедшим пучком частиц Образование лавины электронов Схематичное отображение воздействия радиации на кремний, легированный фосфором

Воздействие радиации на интегральные схемы Механизм “защелкивания” 11/20 Воздействие радиации на интегральные схемы Механизм “защелкивания” 11/20

12/20 Рис. 3. Возникновение сбоя переключения ион Рис. 1. Влияние ионизирующего излучения на КМОП-транзистор 12/20 Рис. 3. Возникновение сбоя переключения ион Рис. 1. Влияние ионизирующего излучения на КМОП-транзистор n-типа Рис. 2. Пример воздействия иона на n-канальный транзистор

Методы повышения радиационной стойкости микросхем Аппаратнопрограммные Резервирование Кодирование информации Конструктивно технологические Реконфигурация Модульное Коды Методы повышения радиационной стойкости микросхем Аппаратнопрограммные Резервирование Кодирование информации Конструктивно технологические Реконфигурация Модульное Коды обнаружения ошибки (EDC) Временное Коды исправления ошибок (ECC) Пространственное Экранирование Улучшение технологии производства ИС Повышение радиационной стойкости 13/20

Кремний на изоляторе 14/20 Способ, получивший наибольшее распространение, — технология «кремний на диэлектрике» . Кремний на изоляторе 14/20 Способ, получивший наибольшее распространение, — технология «кремний на диэлектрике» . Рис. 4. КМОП-технология кремний на диэлектрике Рис. 5. Паразитные емкости в технологиях монолитного кремния и КНИ

Ионное внедрение SIMOX (англ. Separation by IMplantation of OXygen) Рис. 6. Схема ионного внедрения Ионное внедрение SIMOX (англ. Separation by IMplantation of OXygen) Рис. 6. Схема ионного внедрения 15/20

Сращивание пластин а) б) в) г) 16/20 Рис. 7. Общая технологическая схема сращивания пластин: Сращивание пластин а) б) в) г) 16/20 Рис. 7. Общая технологическая схема сращивания пластин: а - исходные пластины; б - сращивание приборной и опорной пластин; в - удаление излишней части приборной пластины; г - готовая продукция; А – приборная пластина (полированная окисленная пластина из монокристаллического кремния или кремниевая структура); Б – опорная пластина (монокристаллическая или аморфная пластина из полупроводника (кремния), стекла, керамики, металла, либо аморфная структура); 1 – приборный слой; 2 – слой оксида кремния.

Управляемый скол 17/20 Технология управляемого скола, или Smart Cut, объединяет в себе черты технологий Управляемый скол 17/20 Технология управляемого скола, или Smart Cut, объединяет в себе черты технологий ионного внедрения и сращивание пластин. Рис. 8. Технологическая схема smart-cut: А – приборная пластина (полированная окисленная пластина кремния); B – опорная пластина (полированная пластина кремния).

Эпитаксия 18/20 Ионы кремния а) б) в) Рис. 9. Этапы технологии Ultra. CMOS выращивания Эпитаксия 18/20 Ионы кремния а) б) в) Рис. 9. Этапы технологии Ultra. CMOS выращивания структур КНС. а) Эпитаксия кремния на сапфире; переходной слой содержит дефекты двойникования. б) Облучение ионами кремния и аморфизация дефектного слоя. в) Твердофазная эпитаксия аморфного слоя и последующее окисление поверхности.

19/20 В связи с активным развитием ядерной промышленности, космонавтики, степени сложности и количества летательных 19/20 В связи с активным развитием ядерной промышленности, космонавтики, степени сложности и количества летательных аппаратов, проблема радиационной стойкости электронных компонентов не может остаться без внимания. Несмотря на то, что современные методы защиты электроники от ионизирующего излучения на данном этапе позволяют эффективно справляться с этой проблемой, экономическая составляющая реализации этих методов во многом сдерживает развитие космической программы. Возможно, массовый переход на другие типы носителей памяти и оптоэлектронику в будущем поможет избежать негативных последствий воздействия радиации на электронно-компонентную базу летательных аппаратов и ядерных реакторов.

20/20 20/20