在抗辐射加固电子系统的设计中，一个首要的任务是如何合理地选择电子元器件。选择的一般原则是，所选用的器件既能实现系统的电气性能指标，又具有较好的抗辐射潜力。为了正确地选用抗辐射能力强的电子元器件，尽可能避免使用抗辐射能力差的器件，掌握以下给出的一些规律是十分重要的应该指出的是，这里对不同器件抗辐射能力的比较是在其它条件相同或相当的前提下进行的，只具有相对的意义，不要把它们绝对化。

　　1.双极型器件抗中子辐照的能力差，最敏感的参数是电流放大系数hFE；MOS器件抗电离辐照的能力差，最敏感的参数是阀值电压VT。MOS场效应管的抗中子辐射能力比双极晶体管高1～2个数量级，但它的抗电离辐射能力却比双极晶体管低2～3个数量级。

　　2.在分立半导体器件中，闸流管、单结晶体管和太阳能电池的抗辐射能力最差，所以应该尽可能避免在辐射环境中使用此类器件。

　　3.在二极管中隧道二极管的抗辐射能力最强，其次为电压调整二极管和电压基准二极管，普通的整流二极管最差。

　　4.在具有不同的参数指标、结构或管芯材料的双极二极管中，大功率晶体管的抗辐射能力优于小功率晶体管，高频晶体管优于低频晶体管，开关晶体管优于放大晶体管，锗晶体管优于硅晶体管，npn晶体管优于pnp晶体管。

　　5.在不同类型的器件中，半导体二极管的抗辐射能力优于晶体管三极管，结型场效应管的抗辐射能力优于双极晶体管，由分立器件构成的电路的抗电离辐射能力优于实现相同功能的单片集成电路，数字集成电路的抗中子辐射能力模拟集成电路。

　　6.在相同类型的器件中，工作频率越高，工作电流越大，开关时间越短，或者额定电源电压越高，则抗辐射能力越强。例如，用相同工艺和材料制作的微处理器电路，要求10V电源的电路比要求5V电源的电路抗辐射能力强，因为10V电源有3V的噪声容限，而5V电源只有1.5V的噪声容限。

　　器件类型 抗中子辐射能力(中子数/cm2) 抗稳态电离辐射能力(rad(Si))

　　7.在采用不同材料或结构的器件中，采用介质隔离的集成电路的抗辐射能力优于采用pn结隔离的集成电路，以蓝宝石为衬底的CMOS/SOS电路或者以绝缘体为衬底的CMOS/SOI电路的抗辐射能力优于以硅为衬底的CMOS/Si电路，砷化镓器件与电路的抗辐射能力优于硅器件与电路。

　　8.对于集成电路，在抗中子辐射方面，CMOS/SOS电路最好，其次是CMOS/Si、ECL和NMOS电路，再次是肖特基TTL电路和I2L电路，最差的属双极型线性电路。在抗稳态电离辐射方面，ECL电路最好，其次是肖特基TTL电路和I2L电路，再次是CMOS电路，最差的是NMOS电路。在抗瞬态电离辐射方面，CMOS/SOS电路最好，CMOS/Si和I2L电路次之，NMOS、ECL和肖特基TTL电路最差。

　　9.在未来，GaAs器件及电路和以绝缘体为衬底的CMOS/SOI电路是最有发展前途的抗辐射器件。

　　电子元器件的抗中子辐照能力通常用中子通量（亦称中子剂量）来表征，它定义为单位面积物质允许通过的中子数，单位为中子数/cm2。电离辐射可分为稳态辐射和瞬态辐射两种，器件抗稳态电离辐射的能力用总剂量来表征，它定义为单位质量的指定材料允许吸收的辐射能量，单位为rad（材料）或Gy（材料），1rad=10－15J（焦耳），1Gy=100rad；器件抗瞬态电离辐射的能力则用剂量率来表征，它定义为单位时间内指定材料所吸收的能量，单位为rad（材料）/s或Gy（材料）/s。

　　表9.3所列数据对常用半导体分立器件的抗辐射能力进行了比较，表9.4则分别对未加固和加固过的各种集成电路的抗辐射能力作了比较，一般而言，器件经加固后抗辐射能力可增加0.5~2个数量级。

　　在线路设计中，适当提高辐射敏感参数的设计容差，可使器件在较高的辐照水平下正常工作。双极电路设计中，应注意提高电流放大系数hFE的设计余量，并且使双极晶体管的直流工作点选择在电流放大系数hFE随收集极电流变化的峰值附近。这是因为晶体管在大电流下比在小电流下工作更耐辐射。

　　双极晶体管的辐射敏感参数主要是电流增益和存贮时间，MOS器件的辐射敏感参数主要是阀值电压。具体方法可以因电路制宜，灵活运用。例如，引入较强的负反馈和适当增加电路的工作电流，特别是饱和晶体管的基极驱动电流，以抵消辐射引起的电路增益衰减和饱和电压增大的影响。通过逻辑设计，使电路中大多数器件在辐射期间处于耐辐射的饱和导通状态，至少处于较强的电流注入状态，以减轻中子辐射损伤。在TTL电路的设计中，电路的设计应使其输出负载尽量轻，尽量减少扇出数和扇出电流，以减少对TTL电路输出晶体管的增益要求，从而提高电路抗中子辐射的能力。

　　降低电路功耗可以减轻辐射给系统电源带来的负担。电源常常是电子系统中最需要加固但又最难加固的地方，因为辐射引起的电源电压或功耗电流的剧烈波动，将导致整个电路系统的失效，而构成电源的低频功率晶体管、闸流管和整流稳压二极管等，均属于抗辐射性能差的器件。

　　根据电路系统的具体情况，有针对性地设计一些保护电路，如光电流补偿、负反馈、、电压箝位、限流、温度补偿、扇出、消除寄生电流、时序与延迟和饱和逻辑等电路。

　　器件的管壳、设备的外壳和整个系统的蒙皮，都可起到对辐射的屏蔽作用。金属壳越厚，则屏蔽效果越好。

　　对于卫星这样的对重量和体积有严格限制的系统，则应充分利用星上已有的构件来增加屏蔽的有效厚度。例如，将抗辐射能力差的器件（如大规模集成电路、存贮器等）尽量放在设备或系统的中心部位；含有许多辐射敏感器件的单元应该尽可能靠近，以便互相屏蔽；装有辐射敏感器件的机盒应放在靠近厚重构件的位置。这些都是经实践证明行之有效的措施。

　　器件处于非工作状态时，一般辐射损伤较小，特别是在核辐射环境下更是如此。因此，可在电子系统中，设计一套核敏感自动控制系统，使得在核爆炸的瞬间，该系统或系统中的薄弱部分暂定工作，即“躲避”起来，待爆炸后再重新工作，从而起到保护系统的作用。

　　图9.25给出了一种回避控制系统的组成框图，当核辐射被探测器感应后，形成的电信号即刻触发信息处理系统，将待回避系统中的当前状态信息（如存贮器中的数据等）送入被特殊加固的储存系统暂存；同时，触发启动开关，迅速关断待回避系统的电源，并延迟一段时间，待辐射过去之后，开关自动恢复到初始状态，信息处理系统将保存的数据等信息送回原系统，使整个系统恢复正常工作，整个回避过程结束。

　　不同厂家生产的同种器件，甚至同一厂家生产的同种器件，其抗辐射能力往往存在着明显的差别，特别是线性集成电路，抗辐射性能的离散性有时可达2~3个数量级。采用辐射预筛选可以从一批器件中挑选出抗辐射性能好的器件，淘汰抗辐射性能差的器件。具体方法是对一批器件进行小剂量的中子或γ射线辐照，经测试筛去参数变化大的器件，变化小的器件经过退火处理，使之恢复到退火前的性能之后便可投入使用。

　　(1)选择的测量参数应属于辐射敏感参数。如对双极晶体管，应选择电流放大系数和饱和压降；对MOS晶体管，应选择阈值电压。

　　（2）选择合适的辐射源。辐射源可以采用中子、γ射线或高能电子源。中子辐射后的器件在室温或较低温度下退火效果较弱，需采用较高的退火温度，故适合于在芯片阶段进行辐射预筛选。γ射线穿透物质的能力强，能在较深的器件体内起作用，故适用于大功率器件的辐射预筛选。

　　（3）选择合适的预辐射剂量。该剂量既能引起器件参数发生明显变化，又不会造成器件较大损伤。一般而言，中子辐射条件为：中子通量5×1012～4×1015/cm2，中子能量E≥0.1MeV；γ射线rad(Si)。

　　（4）选择最佳的退火温度和退火时间，使器件尽可能地恢复到辐照前的特性。通常成品器件的退火温度范围为120～180℃，未封装芯片的退火温度范围为200～400℃。

　　（5）辐照预筛选方法器件制造厂家可以采用，器件用户也可以采用。器件制造厂家的辐射预筛选可直接用管芯进行，这样有利于降低筛选成本。

　　（6）通过适度辐照进行筛选，毕竟带有一定程度的破坏性，所以近年来已开始研究完全非破坏性的辐照预筛选的新方法。初步的研究结果表明，通过测量双极晶体管在反偏雪崩状态下的等离子体噪声或MOS器件的1/f噪声，可以不经辐照吨这些器件抗辐射能力作出评估。PG电子