| 概念定義： 電子元器件和系統(tǒng)在高能核輻射環(huán)境中要受到中子、γ射線輻照及瞬時(shí)效應(yīng)等的影響,為了提高核環(huán)境下工作的電子元器件和系統(tǒng)的有效性和適應(yīng)性,需對(duì)電子元器件和系統(tǒng)進(jìn)行抗核加固研究,主要是提高電子元器件和系統(tǒng)的自身的抗核加固能力?！⊙芯糠秶褐饕?1.各種電子元器件的抗核輻射能力;2.大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的抗核輻射能力;3.屏蔽技術(shù)的研究。
(一) 發(fā)展過程 50年代末--60年代末 需求動(dòng)力： 隨著核打擊技術(shù)和核防護(hù)技術(shù)的發(fā)展,使得軍用電子元器件和系統(tǒng)、導(dǎo)彈上使用的電子元器件和系統(tǒng)、以及衛(wèi)星上的電子元器件和系統(tǒng)的抗核加固能力的研究工作越來越重要,它是保障導(dǎo)彈、衛(wèi)星和各種軍事裝備與武器的生存能力、應(yīng)變能力和作戰(zhàn)能力的基礎(chǔ)?！≈饕攸c(diǎn)： 1.基礎(chǔ)研究和國防應(yīng)用研究活動(dòng)都十分活躍,研究內(nèi)容廣泛,成果層出不窮。 2.各國政府都十分重視此領(lǐng)域的研究活動(dòng),投入了大量的資金,軍用、民用的電子元器件和系統(tǒng)都得到發(fā)展?！?0年代初--70年代末 需求動(dòng)力： 核武器的發(fā)展對(duì)電子元器件和系統(tǒng)的抗核加固能力提出了更高的要求;電子技術(shù)的發(fā)展不僅直接對(duì)武器系統(tǒng)的先進(jìn)性產(chǎn)生影響,而且還影響著民用電子工業(yè)的發(fā)展。為此,各國都投入大量資金開展此領(lǐng)域的研究工作。 主要特點(diǎn)： 1.就世界各國的發(fā)展來看,此階段為電子技術(shù)的高速發(fā)展階段,但就美國而言,此時(shí)的發(fā)展速度較前一時(shí)期慢。 2.美國國防部曾一度削減了對(duì)電子元器件和系統(tǒng)的投資,這不僅使電子技術(shù)的發(fā)展受到影響,而且使其武器系統(tǒng)的先進(jìn)性的明顯優(yōu)勢(shì)也迅速消失。 3.對(duì)分立元件的抗輻射容限、閾值、極限等都進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn),加固技術(shù)也逐漸成熟?！?0年代末--90年代初 需求動(dòng)力： 為加速軍用電子系統(tǒng)、航天器上的電子系統(tǒng)和導(dǎo)彈上的電子系統(tǒng)的抗輻射能力的提高,滿足軍事和航空航天工業(yè)的需要,各國政府都投入大量資金支持該領(lǐng)域的研究工作。 主要特點(diǎn)： 1.投資多、發(fā)展快,即各國政府對(duì)電子元器件和系統(tǒng)的發(fā)展的投資多,這不僅能夠促進(jìn)軍用電子技術(shù)的發(fā)展,而且還能推動(dòng)民用電子工業(yè)的發(fā)展;在大量投資的基礎(chǔ)上,水平提高得較快,成果轉(zhuǎn)化為軍事應(yīng)用,使各系統(tǒng)的整體水平不斷提高。 2.競(jìng)爭(zhēng)激烈、各有優(yōu)勢(shì),即:由于各國都十分重視該領(lǐng)域的研究工作,使得某一國很難形成壟斷,呈現(xiàn)出激烈的競(jìng)爭(zhēng)局面。 3.注重大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的加固研究工作?！?
(二) 現(xiàn)有水平及發(fā)展趨勢(shì) 為了保證軍事、航空航天和空間系統(tǒng)在核輻射環(huán)境下的生存能力、應(yīng)變能力和作戰(zhàn)能力,國外十分重視對(duì)電子元器件和系統(tǒng)的抗輻射能力的研究。國外不僅對(duì)分立元件的抗核輻射容限、閾值等進(jìn)行了系統(tǒng)性研究,而且對(duì)大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路也作了類似的實(shí)驗(yàn)研究。 80年代初期通常使用的電子元器件和系統(tǒng)的加固技術(shù)為常規(guī)或介質(zhì)隔離的雙極加固技術(shù),該技術(shù)是第一種能滿足需要的、成熟的高水平加固水平,但在集成度方面遠(yuǎn)比新技術(shù)低。盡管硅雙極加固技術(shù)在不斷的改進(jìn)、提高,在一些場(chǎng)合也得到應(yīng)用,但它已逐漸被新技術(shù)所替代。 體硅CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件）技術(shù)是繼雙極技術(shù)之后的一種加固技術(shù)。CMOS器件結(jié)構(gòu)本身的特殊性使其具有很高的抗中子輻射的固有能力。由于SDI計(jì)劃中的衛(wèi)星或?qū)棇?duì)地球周圍或其它地方發(fā)生的核爆事件必須瞬時(shí)作出反應(yīng),以空間為基礎(chǔ)的電子系統(tǒng)要進(jìn)行極大量的計(jì)算,其器件所要達(dá)到的信息存儲(chǔ)能力是前所未有的,小容量存儲(chǔ)器(4K位和16K位)是遠(yuǎn)不能勝任的,所以,由IBM公司和霍尼維爾(Honeywell)公司采用在晶體管周圍作一硅墻或硅槽的隔離方法制出的抗輻射的體硅CMOS64K位靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM),使人們對(duì)已冷落了的體硅CMOS加固技術(shù)已刮目相看了。體硅CMOS在工藝技術(shù)方面也不斷發(fā)展，IBM公司已突破1.0μm,正向1.0～0.5μm進(jìn)軍;IBM和Honeywell公司正在研制256K位的SRAM。 SOS-CMOS技術(shù)是在合成藍(lán)寶石絕緣襯底上制作硅CMOS集成電路。使用SOS技術(shù)制出的器件具有很高的抗輻射能力,比體硅CMOS器件高10～100倍。目前SOS技術(shù)中的器件設(shè)計(jì)規(guī)則為1.25μm,專家估計(jì)這已挖掘出該技術(shù)的全部潛力。在SOS材料方面,美國的一些公司都從日本進(jìn)口。該技術(shù)存在的問題與材料有關(guān)。 SOI-CMOS技術(shù)是近年來成熟起來的一種加固技術(shù),其芯片成品率為SOS的兩倍,其備用功耗比體硅CMOS小三個(gè)數(shù)量級(jí)。德克薩斯儀器公司、哈里斯公司等采用該技術(shù)已制出64K位的SRAM,其性能和抗輻射能力都與SOS的相當(dāng)。該技術(shù)存在的問題是在襯底內(nèi)部制作絕緣層所需要的離子注入設(shè)備十分昂貴。 GaAs（砷化鎵）器件的速度比其它技術(shù)制作的相應(yīng)器件快5～10倍,且抗總劑量輻射能力也無與倫比,故該技術(shù)在軍用領(lǐng)域十分受重視。采用先進(jìn)工藝制造的GaAs器件的加固水平極高,如:抗總劑量能力為107～108rad(GaAs);瞬時(shí)翻轉(zhuǎn)為1014～1011rad(GaAs)/s;單粒子翻轉(zhuǎn)為～10-7故障/bit-d;抗中子輻照能力為～1016n/cm2。 就電子元器件和系統(tǒng)的加固技術(shù)的發(fā)展看,其未來的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)是:A.高技術(shù)、高投資;B.加固技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)激烈,老技術(shù)得以改進(jìn)、提高,新技術(shù)迅速成熟;C.砷化鎵技術(shù)仍引人注目,工藝方法急待發(fā)展與提高。 在電子元器件和系統(tǒng)的抗核加固技術(shù)領(lǐng)域中,美、日、西歐、前蘇聯(lián)等國的技術(shù)發(fā)展較快,居于世界前列。其中,美、前蘇聯(lián)兩國的戰(zhàn)略導(dǎo)彈的抗核加固水平已經(jīng)達(dá)到安全半徑為距爆心2～3km,即其內(nèi)的電子元器件和系統(tǒng)的加固水平為:抗中子能力為6×1014n/cm2水平,抗γ射線總劑量為～106rad(Si)水平。 在雙極型和CMOS型器件的抗輻射加固技術(shù)方面,各國的技術(shù)差距較少,而在新型的GaAs技術(shù)方面則存在著明顯的距離,日本的GaAs技術(shù)已居于世界領(lǐng)先,美國次之,前蘇聯(lián)在該領(lǐng)域與美、日存在著一定的距離。為了縮短美國與日本的距離,美國已投資建立生產(chǎn)線以生產(chǎn)出美國最大的、最復(fù)雜的GaAs存儲(chǔ)器和邏輯芯片,并特別強(qiáng)調(diào)了降低芯片廢品率的重要性?！?投資狀況： 自1983年以來,電子元器件和系統(tǒng)的加固工作受到高度重視,美國自1984年以來已投資25億美元,1990年度撥額0.52億美元。美國對(duì)軍用電子器件芯片的投資估計(jì)為每年30億美元,其中抗輻射加固芯片的投資額約占5%,即每年約為1.5億美元,用于研究芯片經(jīng)受總劑量、劑量率、中子輻射及單粒子效應(yīng)的綜合能力。美國國防部于1991年對(duì)GaAs技術(shù)投資2.25億美元,用于降低單片微波集成電路的成本,以及CAD、組裝、測(cè)試等技術(shù)。
(三) 主要研究機(jī)構(gòu) 美國霍尼韋爾航空航天系統(tǒng)公司電子設(shè)備部(Honeywell Space&Ariation System Electron Component)，主攻技術(shù)及工程： 主要研制用于衛(wèi)星的機(jī)電設(shè)備和電磁運(yùn)動(dòng)控制器件?！?哈里斯公司(Harris Corporation)，主攻技術(shù)及工程：主攻技術(shù)：半導(dǎo)體、通訊、電子系統(tǒng)等。 得克薩斯儀器公司(Texas Instruments Incorporated)，主攻技術(shù)及工程：主攻技術(shù)：元器件、數(shù)字產(chǎn)品、電子防御產(chǎn)品等。
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