第26卷第7期2005年7月半导体学报CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSVol.26No.7July,2005运算放大器不同剂量率的辐射损伤效应陆妩任迪远郭旗余学峰艾尔肯(中国科学院新疆理化技术研究所,乌鲁木齐830011)摘要:对几种不同类型(TTL,CMOS,JFET2Bi,MOS2Bi)的典型星用运算放大器在不同剂量率(100,10,1及0101rad(Si)/s)辐照下的响应规律及随时间变化的退火特性进行了研究.结果显示不同类型运放电路的辐照响应有明显差异:双极运放电路辐照剂量率越小,其损伤越大;CMOS运放电路对不同剂量率的响应并非线性关系,但不同剂量率辐照损伤的差异,可以通过与低剂量率相同时间的室温退火得到消除,本质上仍然是与时间相关的效应;JFET输入运放不仅有低剂量率辐照损伤增强效应存在,且辐照“”后还有明显的后损伤现象;PMOS输入运放的结果则表明,各辐照剂量率间的损伤无明显区别.关键词:运算放大器;EEACC:2570;122060γ辐照;退火;剂量率效应Co中图分类号:TN43111文献标识码:A文章编号:025324177(2005)0721464205会出现低剂量率辐照损伤增强效应?这一效应与哪1引言在空间辐射环境中,辐照总剂量的积累是一个比较缓慢的过程,其典型剂量率分布范围为10-4～10-2rad(Si)/s.考虑到时间、经费等因素,实验室辐照试验根据美军标的要求,实际使用的典型辐照剂量率范围一般为50～300rad(Si)/s.这种试验剂量率与实际空间的差异,将有可能使得在实验室测试评判方法得到的电子器件和电路器件的抗辐照水平,与在卫星、空间站等小剂量率辐照环境下使用的电子元器件的实际抗辐射能力严重不符,从而给卫星、空间站等电子系统的可靠性带来极大隐患.许多试验结果也证实了这种担心并非杞人忧天.有研究报道,在10-4～10-2rad(Si)/s的剂量率范围内,与高剂量率相比,某些双极器件在低剂量率辐照下的损伤严重程度可达几十倍以上,这不能不引起人们尤其是航天领域的重视.虽然,目前国际上已有大量低剂量率辐照损伤增强(enhancedlowdoseratesensitivity,ELDRS)的报道[1～6],但是有关这个效应潜在的机理尚不清楚.且不同器件类型,由于制作工艺的不同,其剂量率效应也存在很大差异.对于什么样的器件和电路些因素有关?它们与剂量率关系的基本机理是什么等疑问,目前国际上还没有一个统一的研究结果.而国内对这一方面的研究还很少,尚处于探索阶段[7,8].因此,为了对这些问题有更进一步的了解,特选用了航天领域广泛使用的TTL,CMOS,JFET2Bi,MOS2Bi几种不同类型的运算放大器,进行了不同剂量率的辐射损伤和退火特性的研究,发现由于运放电路制造工艺和电路结构的不同,其辐照损伤也有明显区别,本文主要介绍这一研究结果.2实验实验样品为典型的星用运算放大器电路,包括双极运算放大器LM108,CMOS运算放大器MC14573,JFET输入双极运放OP42和PMOS输入双极运放CA3140.辐照源分别为本所2159×1015γ源和317×Bq的60Co1013Bq的小钴源.在辐照期间,将运放的两个输入端接地,并根据器件的类型分别加不同的电源电压.辐照结束后,保持与辐照时相同的偏置状态,对不同类型的运放电路分别进行了与低剂量率的总辐照时间相对应的室温退火试验.为了保证每一次辐照试验数据的准确可靠,在陆妩女,1962年出生,副研究员,现从事线性电路的辐射效应及损伤机理的研究.2004210223收到,2004212230定稿Ζ2005中国电子学会第7期陆妩等:运算放大器不同剂量率的辐射损伤效应1465辐照期间,当采用每一剂量率进行辐照时,在每一辐照偏置板上还配备了相应的热释光剂量片,以确定和验证实际的辐照总剂量及剂量率.并且,每次辐照都将试验样品屏蔽在用美军标制作的Pb/Al屏蔽盒内,以屏蔽低能散射,防止剂量增强效应的发生.运算放大器样品的电参数测试由Tektronix公司生产的运放电参数测试曲线示踪仪完成.每次辐照前后及退火前后测试的主要参数有:输入失调电压Vio、输入偏置电流Ibs、共模抑制比CMRR、开环电压增益AVOL等.上述所有参数测试在器件辐照及退火后的20min之内完成.3结果和讨论3.1LM108双极运算放大器的辐照响应和退火特性LM108双极运算放大器是一种典型的星用运放电路,对它在不同剂量率辐照后的实验结果表明,LM108运放对电离辐照相当敏感,在所测试的电参数范围内,绝大多数电参数都有不同程度的退化,其中偏...