4-29 商用高速54HC32器件辐射特性实验

贾温海 王旭利 邓建红

　　为了降低军用抗辐射电子系统的生产成本，提高效费比和拓展器件获取渠道，美国和欧洲等国近年来加强了对商用器件用于抗辐射电子系统的研究。主要研究了器件抗辐射性能与生产厂家、生产批次、晶片批、器件工作模式、生产工艺的相关性，并提出抗辐射电子系统使用商用器件的措施和方法。

　　54HC32高速CMOS或门电路是系统中使用的中小规模集成电路的一种。进一步了解CMOS和MOS器件电离辐射总剂量的辐射损伤特性，也为系统选择抗辐射商用电子元器件提供比较实用的方法。

　　选用了美国RAC、TI公司和国营749厂生产的同批次和TI公司生产的三个批次的商用54HC32器件进行了⁶⁰Co g 辐照试验。实验是在新疆物理化学研究所的柱状⁶⁰Co g 源上完成。源强度约为5.37×10¹⁵Bq，辐照为静态辐照（不加偏置）；对于不同生产厂的器件，每种样品分成4组，每组5只器件，辐照总剂量分别为100、250、400、500Gy(Si)；对于同一生产厂不同生产批次的器件，每种样品分成3组，每组5只器件，辐照总剂量分别为250，400，500Gy(Si)。辐照剂量率为0.5Gy(Si)/s。每次辐照后测试时间约为20min。采用新疆物理化学研究所研制的集成电路辐射效应数据采集系统对器件参数进行了测量，辐照前后测试数据由计算机记录并存盘。每次辐照前后除对被照器件进行性能参数测试外，还对不参加辐照的对比监测管进行性能测试，以检验测试系统的可靠性。被测参数主要是对总剂量辐射敏感的阈值电压V_TH 、漏源漏电流（静态工作电流）I_cc 。

　　辐照试验于2002年12月初完成。实验后，对数据进行了统计平均处理，得到了器件参数阈值电压V_TH 、静态工作电流I_cc随辐照总剂量的变化关系。其中NMOS管的阈值电压随辐照总剂量的增加而减小，并可能变为负电压，而PMOS管阈值电压随辐照总剂量的增加也减小，但当辐照总剂量继续增加时，有可能向反方向变化直到变为正电压；器件静态工作电流I_cc随辐照总剂量的增加而增加，变化范围可达5~6个量级。典型的不同生产厂家生产的54HC32器件阈值电压V_TH随辐照总剂量的变化见图１。图1中最上面2条曲线为RAC和国营749器件辐照前的参数，图1中最下面2条分别为辐照后的参数。

　　根据器件的失效判据并通过数据分析，RAC公司的54HC32抗电离总剂量能力大于500Gy(Si)，约为TI公司54HC32的2倍，国产54HC32也具有较强的抗电离总剂量水平，约为300Gy(Si)以上，完全可以替代国外器件；TI公司3个不同批次54HC32器件抗电离总剂量水平也有一定差异，批次1和批次2抗电离总剂量水平相当，约为390 Gy(Si)，批次3则较差，约为250Gy(Si)；如果在抗辐射电子系统中采用商用器件，且其抗辐射能力不是很高时，应通过辐射表征实验选择所用器件厂家和生产批次。