4-31 高低剂量率下CMOS电路损伤的异同性

周开明 陈盘训 杨有莉

　　尽管⁶⁰Co源和闪光Ⅰg 源对CMOS电路产生累积电离辐射损伤的机理是相同的。但由于闪光Ⅰ和⁶⁰Co源的g 剂量率相差10个以上量级，闪光Ⅰ高剂量率g 辐照可使SiO₂中电离的空穴－电子对饱和，同时，高密度的空穴- 电子对形成空间电荷场，影响了空穴向界面的传输，导致到达界面的空穴电荷相对较少，造成相同的累积剂量下，高剂量率损伤反而较小。

　　选用74HC04（六非门）和54HC08（二输入与门）高速CMOS电路作为辐照样品。CMOS电路的静态工作电流I_DD作为总剂量辐射损伤的表征量。

　　在高、低剂量率模拟源上，试验样品敏感表征量因受辐照而发生变化，在表征量变化相同时，认为试验样品在高、低剂量率下的损伤程度是相同的。在同一损伤程度下，高、低剂量率模拟源上的吸收剂量之比即为该损伤程度下的等效系数k。

　　图1，图2给出在闪光Ⅰ和⁶⁰Co源正偏置辐射下，CMOS电路74HC04和54HC08输入为0V时静态工作电流I_DD与总剂量的关系，表1给出了这两种CMOS电路在闪光Ⅰ和⁶⁰Co源上的损伤情况。

表 1 V_偏＝5 V，CMOS电路⁶⁰Co源和闪光Ⅰ不同剂量率辐射时的损伤比

　　图1标出74HC04电路损伤电流I_DD增大到0.6 nA时，在⁶⁰Co源和闪光Ⅰ上的吸收剂量分别为40和320Gy(Si)。图2标出54HC08电路损伤电流I_DD增大到0.55 nA时，在⁶⁰Co源和闪光Ⅰ上的吸收剂量分别为48和300 Gy(Si)。这样，可以求得74HC04和54HC08在该损伤程度下的损伤等效系数k分别为8倍和6.25。从表1中也可看出，在相同损伤下，⁶⁰Co g 射线的吸收剂量较闪光Ⅰ吸收剂量低几倍。

　　通过2种CMOS电路在高、低剂量率下的辐照试验表明：在相同的累积电离总剂量下，高剂量率辐射损伤较之⁶⁰Co低剂量率辐射损伤要小得多。利用闪光Ⅰ作为核爆模拟源更为准确，因为闪光Ⅰ剂量率可达到10⁹Gy(Si)/s，与真实核爆的剂量率比较接近（核爆 g 辐射剂量率可达10⁸~10¹⁰ Gy(Si)/s）。如果用⁶⁰Co源作为核爆模拟源，必须考虑到损伤等效系数。