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无机材料金属辐射损伤阈值金属损伤阈值（Gy）铝及铝合金 5× 300系列不锈钢 1× 400系列不锈钢 5× 铁 3× 铜 2× 黄铜和青铜 1× 镍及其合金 1× 铍铜合金 6× 陶瓷辐射损伤阈值陶瓷损伤阈值（Gy）氧化铝（矾土） 5× 碳化硅（俗称金刚砂） 6× 云母 5× 石英 2× 玻璃、弗林特 2．5× 玻璃、硼硅 1× 维克玻璃 5× 聚四氟乙烯(PTFE:聚四氟乙烯) 在只有100 Gy的辐射剂量下就会退化后，因此，聚四氟乙烯在辐射环境中是被禁止使用的；在接受辐照以后卤化聚合物和碳氟化合物)释放腐蚀性化学物质如HCl（盐酸）和HF（氟化氢）　　无机材料辐射对塑料的影响耐辐射性聚合物很强的耐辐射性玻璃纤维酚醛塑料石棉填充酚醛塑料环氧树脂系统聚氨酯聚苯乙烯矿物填充聚酯矿物填充硅树脂 Furane-type树脂聚乙烯咔唑中等的耐辐射性聚乙烯三聚氰胺甲醛树脂脲醛树脂苯胺甲醛树脂 Urfilled酚醛树脂有机硅树脂很弱的耐辐射性羟基甲基丙烯酸酯空缺聚酯纤维素聚酰胺聚四氟乙烯辐射对涂层涂料损害基础聚合物表层（防护）剂量（Gy）损伤环氧基树脂钢铁 6.7× 无呋喃混凝土 9.4× 无钢条 8.4× 无经加工的酚醛树脂混凝土 9.4× 无钢条 8.7× 严重脆化硅醇酸混凝土 6.7× 无钢条 6.7× 无苯乙烯混凝土 8.7× 出现多孔钢条 8.7× 出现多孔钢（湿） 8× 出现多孔乙烯树脂铝合金 2.1× 出现多孔混凝土 1.1× 边缘型损伤氯乙烯铝合金 2.1× 出现多孔混凝土 1.1× 出现多孔钢条 8.7× 出现多孔同时，涂层涂料还受到α粒子的影响，并且损伤比γ辐射更严重。粘合剂的辐射损害粘合剂辐射损伤阈值(Gy) 氯丁橡胶—聚酰胺纤维—酚醛树脂 5× 氯丁橡胶—酚醛树脂 1× 环氧基树脂，环氧基树脂—聚硫橡胶，丁腈橡胶—酚醛树脂 5× 氯丁橡胶—酚醛树脂，乙烯树脂—酚醛树脂，聚酰胺纤维—酚醛树脂 1× 弹性体:在总剂量小于10 kGy的条件下，辐射损害不太可能发生，同时，一些添加剂如胺类和酚类也可以使弹性体免受辐射的影响。辐射对润滑油的影响辐射损伤阈值(Gy) 润滑剂及以下没有明显的辐射伤害 — 芳香磷酸盐、硅树脂、脂肪族酯类 — 二酯、芳香酯类 — 矿物油,脂肪醚 — 烷基芳香烃、聚(聚醚)、聚苯及以上没有可用的润滑剂玻璃窗口：远程可视化操作的内部通过一个很厚的含铅窗口吸收辐射射线。窗口玻璃上的辐射损失材料总的剂量（MGy）照射前的平均透光率不同波长的射线照射后的透光率 400nm 500nm 600nm 700nm 顶点—2 10 98﹪ 0﹪ 3﹪ 25﹪ 46﹪ 顶点—2（受保护后） 10 98﹪ 60﹪ 86﹪ 88﹪ 90﹪ 重火石玻璃—2 50 94﹪ 0﹪ 1﹪ 11﹪ 21﹪ 重火石玻璃—2（受保护后） 10 91﹪ 45﹪ 83﹪ 85﹪ 86﹪ 净化石英 50 100﹪ 89﹪ 89﹪ 89﹪ 89﹪ 石英 10 99﹪ 35﹪ 30﹪ 31﹪ 56﹪ 肉桂塑料690 10 75﹪ 0﹪ 2﹪ 28﹪ 56﹪ 石英玻璃 0.2 99﹪ 0﹪ 0﹪ 0﹪ 1﹪ 石英玻璃（受保护后） 5 99﹪ 24﹪ 24﹪ 36﹪ 61﹪ 相机镜头：加固后的CCD相机的耐辐射范围从100 Gy —10 kGy。光学纤维：即使低剂量的辐照也会引起光钎的光学衰减，经测试，商用光纤已经退化到100 dB /公里/ Gy。但是，当纤维的核心不包含任何掺杂物质时，,衰减就会大大降低，这对经常用于传输信号的红外波段的光是十分重要的。这种抗辐射加固后的光纤可以暴露在1MGy的环境后只衰减0.1 dB/m。电子及电子元器件真空管：由于真空管的容量和对功率要求使得它很少在电子工艺中使用，但是，它是在一个非常高剂量率的辐射环境中可以工作的器件，它可以承受的总剂量为1MGy，为了避免总剂量和剂量率的影响，许多抗辐照摄像机中都使用了真空管。晶体：晶体是一种无源元件,用于控制振荡器的频率，由于含有杂质，它的频移与天然石英一样，只有总剂量为100 Gy时，,频率变化可以大于1 ppm。对于某些应用程序, 有一个非常稳定的晶体频率可能对一个系统的可靠性是至关重要的，因此，最好使用人造石英晶体，这样，单位剂量下面的变化率可以低至 KGy 电阻器：辐射诱发化学材料降解导致电阻器电阻减小，大多数电阻器的抗辐照性能是比较好的，但是氧化膜电阻器在辐照剂量为10Gy时便会出现损伤。电阻的辐射损伤阈值电阻阈值 (Gy) 精密绕线陶瓷骨架 - 金属膜电阻 - 精密线绕环氧筒 - 碳膜电阻 - 一般膜电阻 - 合成物 - 氧化膜电阻 10- 电容器：钽电容器能够显示因为电荷变化时所产生的辐射射引起的电导率和储存电荷，玻璃和陶瓷电容器最抗辐射，但只是限于小电容值。电容器的辐射损害电容器损伤阈值（Gy）玻璃 - 纸云母 - 陶瓷 - 钽 - 聚酯 - 聚碳酸酯电解液电感器：电感器是由金属导线缠绕而成的螺线管，导线是非常耐辐射，但导线周围的绝缘体不耐辐照，可能会出现短路的情况。在辐射情况下，螺线管可能变形改变电感器的总电感，因此，在10—Gy的辐照环境下，一个电感器的耐辐照能力依赖于电感器和绝缘体材料的硬度。电缆：电缆由一个或若干个金属导线组成的有机绝缘化合物。导线中的导体用来传送电子数据和电能，比较耐辐射；导体表面的绝缘体则防止短路和隔离外部环境，对辐射比较敏感，连接器的数量和电缆厚度取决于应用。对于移动机器人而言，脐带是至关重要的，因为它所携带了功率信号和控制线，在这样的应用中，电缆灵活性是很重要的，在接触腐蚀性化学品和机械应力后，电缆必须保持完好。大部分商用的电缆（不含聚四氟乙烯）在1KGy的总剂量下不会出现显著降解的情况。在较高剂量下，绝缘体会变脆，芯片和绝缘体对机械应力更加敏感的。最耐辐射电缆中包含有PEEK和聚酰亚胺，可以在70MGy的剂量下工作而不出现异常情况，聚氨酯橡胶可以抵抗高达50MGy的剂量，而且也很灵活。无机绝缘体（陶瓷，玻璃或云母）可以在高剂量率的环境中使用。把线缆卷成电话线一样可以使它变得更加灵活。当电缆传输频率非常高的信号，绝缘体的介电变化是一个很大的问题，但抗辐射射频电缆在商业上是可用的。热电偶：热电偶是测量温度的装置，他们包括焊接在两端的两个金属导线。当两个焊料在不同温度下时，会发生潜在的自然差异。该装置的简单性使它成为最耐辐射的仪器之一，甚至在反应堆堆芯中都有所使用，唯一的缺陷就是导线绝缘的电阻。变压器：变压器调节两个电网之间的交流电压或提供隔离。变压器包括两个由电线缠绕在铁皮上而成的线圈。这个元件是很关键的，因为转换比率的改变可能会损坏或禁用整个系统。辐射会损伤导线上的瓷釉。这导致短路和定量改变。在高于1MGy的情况下，耐辐射变压器就要使用特殊的瓷釉。在非常高的剂量下，变压器的磁性会受到影响。连接器，开关和继电器：连接器，开关和继电器的和他们的组合元件一样，对射线非常敏感。塑料和聚合物遭受萎缩、裂化并且其机械性能和绝缘性能的退化会导致短路或丧失完整性，继电器的内部运动，外部的机械操作，开关的压力和连接器也加速退化，释放的化学化合物可能影响到线路的接触。由于总剂量的存在，可以适当选择的有机化合物或使用陶瓷来防止退化。连接器、开关和继电器的辐射损害阈值组件产生25%损伤的剂量(Gy) 连接器（聚苯乙烯） 6× 连接器（聚乙烯） 9× 连接器（杜洛克猪陶瓷） 3× 连接器（三聚氰胺塑料） 3× 继电器、开关座（含有苯酚的石棉） 1× 继电器、开关座（不含有苯酚） 1× 在辐射环境运行以后，利用机器人对器件进行去污的设备已经制成。连接器必须被设计来捕获人不能到达地方的污染物。对于比较小的塑料元件，α粒子的影响也不容小觑。电路板：绝缘和传导的机械通过电路板来对电子电路提供支持。导电的部件是金属的，不会受到辐射的损伤。如果主板是由聚合物制成的，那么它将对总剂量很敏感，由此引起的机械降解可引起失真，破裂或绝缘特性的改变。该板的耐辐射能力归功于聚合物的类型，在低于100KMy的剂量下，它的辐射损伤不会十分显著。一个重要的例外是含有聚四氟乙烯（PTFE）的UHF板对高于100KGy的剂量特别敏感，为了保证电路板的完整性，可以使用玻璃纤维电路板或其他抗辐射材料。机械和机电组件滚珠轴承：在部件的移动部位使用球轴承可以消除摩擦，滚动轴承是一个处于两个金属环之间的包含金属球的笼子，笼是由塑料或金属制成的。金属网箱应该是唯一一个在辐射环境中使用的笼子。选择一个耐辐射的润滑剂是十分重要的，因为很多润滑剂在总剂量小于10KGy时就会失去粘性。合成润滑油对辐射比天然润滑剂更耐辐照，但任何含有氟化合物的润滑剂对辐照都是非常敏感的。发动机：发动机工作在机械，热和电压力之下。他们被设计在这些压力条件下进行操作，但很少考虑到辐射效应。发动机不完全由金属制成，它们还包含有机化合物，包括润滑剂，密封圈和弹性体。这些部件对辐射很敏感和恶劣的环境可能会加速损坏的电动机。该辐射打破了分子中的化学键，导致机械性能发生变化，而温度、振动和机械应力会进一步加剧这些影响。设计耐辐照的辐射化合物可以防止损伤和提高发电机的耐辐射性能。磁铁：磁性元件被用于机电设备，以及作为非易失性数据存储设备。硬磁材料有很好的耐辐射性能。软磁材料则对射线很敏感，辐射通常可以改善他们的磁性。像磁带或磁盘的磁数据存储设备非常耐辐射。在经受总剂量为Gy的射线照射后，磁材料才会观察到损伤。热绝缘：热绝缘是通过低密度的聚合物泡沫来实现的。辐照通过释放一些可以改变热导率的气体来损伤聚合物。辐射对绝缘体的影响是可以忽略不计，泡沫的机械性能的降解可能会引起人们的关注。机械传感器：各种各样的机械传感器测量位移，压力，加速度，振动等，只要绝缘体和连接器没有损坏，金属传感器就非常耐辐照，这成为它在应变计和电磁传感器中使用的原因。压电式传感器也耐辐射，在100KGy的剂量下可以正常工作。许多机械传感器还使用一些半导体元件，特别是加速度计，压力计等。由于半导体对辐射很敏感，所以对这些传感器的抗核加固评估是必需的。辐射对半导体的影响这里主要描述γ辐射对半导体器件的辐射效应。中子，质子，β粒子和重带电粒子的在这里没有涉及，因为研究这些效应对机器人系统在核环境中工作的影响很少关注。对半导体物理性能的影响位移损失：位移损失指的是辐射粒子与晶体原子相互作用后，使原子获得足够的能量离开晶格的原始位置。粒子动量传递到原子而产生了这种位移。射线粒子不具有任何质量，因此不能直接置换的原子。然而，γ射线的相互作用会产生二次电子，如果二次电子的能量大于该位移的能量，就将靶原子从其初始位置打出来。靶原子的动能依赖于二次电子的能量和在初始光子的能量。低能量的光子不可能使一个原子获得足够的能量而飞出来。位移效应对低能种子的影响是轻微的，但会增加能量。与γ射线相比，高能粒子，像中子，质子或电子会产生更大的位移损害，但是这里没有研究他们的影响。当原子从它的位置弹出，它会在晶格留出空位。弹出的原子可以与一个空缺重组或停留在一个空穴的间隙位置。空穴在移动并与其他空穴或与半导体中的杂质结合。高能光子会引起集群缺陷，而低能量光子只产生单一的缺陷，填隙原子与复杂的缺陷不一样，不作为电活性。缺陷在导带和价带引入中间能级，这些带隙缺陷通过几个反应扰乱电气运输。首先，生成和结合成电子 - 空穴对来降低少数载流子寿命；二，诱捕和补偿效应改变多数载流子密度，降低载流子迁移率。少数载流子寿命的减少影响到了少数载流子设备，像双极晶体管和二极管。相比电离损害或少数载流子寿命减少，载流子迁移率的降低会影响所有半导体是一个次要问题。电离损失：电离是沿γ粒子和二次电子的轨道生成的电子 - 空穴对。电离原子只需要几个eV，但不会发生转移。与位移效应相比，电离需要的入射粒子的能量更加小。由于迁移率很高，电子离开原有位置比空穴更加快速。由于载体的增殖，任何固体的导电率会临时增加。电子-空穴对的子体游离在本身电场的影响范围内。电子的迁移率比空穴的迁移率要高得多，但两种载流子都可以进入由于晶格的缺陷而引起的空隙中。载流子积累在空隙中并出现局部电荷积聚。这些缺陷可以是单点缺陷或不匹配的接口表面。这种电荷的积聚在绝缘体中很引人关注，常被用在设备中来诱发电场。在半导体中，由于存在很窄的带隙，截留电荷能被激发回到导带。在像二氧化硅这样的绝缘体中，带隙大得多，而且能级的能量在导带之上。在绝缘体内，电子与空穴在短时间内结合是不可能的。一个重要的例外是电子遂穿效应，它可以湮灭Si-SiO2界面的空穴。如果电荷积累在绝缘体内，它就会改变了电场和设备的特性。在半导体器件中最常见的的绝缘体为SiO2。在设备制造过程中，可控的二氧化硅已经被加工。一大部分SiO2的浓度很低，然而，由于两个原子之间的化学键的不匹配，Si-SiO2界面产生了很多缺陷。这些两种类型的缺陷产生两种电荷俘获，Qt表示造成氧化的俘获总电荷，Qi表示界面俘获的总的电荷。Qit的大小取决于界面接口的fm量级。退火的处理：原子位移和电离引起的损害可以部分或甚至完全地回复的现象称为设备的退火处理。物理层面的退火不是很好理解。许多参数可以影响退火的效率，而温度起着决定性作用，通常有较大的温度能实现更快的恢复。然而，风险在于过多的热量可能损坏设备。许多设备的退火温度为室温。在退火过程中，偏压也起着关键作用。如果退火的损伤恢复速率大于产生损坏（以设备关闭为例）的速度，那么，这可以作为一种抗核加固的方法。剂量率的影响。当光子穿进硅，它沿着其轨道沉积能量。在硅中产生电子空穴对所需要的平均能量为3.6eV。这些电荷载体像其他电子或空穴一样对传导和反应产生影响，在装置中，这些电荷载流子对总电流的的贡献被称为光电流。在硅中，1Gy/ s的剂量率与4×/密度的电子 - 空穴是相当的。这意味着，在1中，1 Gy／s的光子剂量率可以产生644pA的电流。显而易见，在大多数情况下，剂量率效应对硅器件的影响可以忽略的，有可能会关注在非常高的剂量率下工作电流非常低的设备（即，摄像机）。在这种情况下，剂量率是如此之高，以至于损伤的总剂量会很快到达。这些结果也适用于像锗和砷化镓等的所有半导体器件，只是在数量级上面会有所不同。科技家庭 p-n结器件：PN结被用在许多应用中，如开关，整流，电压参考（稳压二极管），或在光电子学中。P-N结通常是耐辐照的。辐射的影响来源于由于大面积位移和在氧化层电荷俘获绝缘结造成的少数载流子寿命的减少。寿命减少少数载流子增加反向漏电流，提高了正向电压降，并修改击穿电压，这些变化是非常有限的，在1KGy的总剂量通常可以忽略不计。结特性有限的变化往往不会在其应用中引起任何麻烦。双极技术。双极晶体管是由两个PN结组合而成的在单个设备。两个组合是可能有：NPN或PNP与氧化层绝缘设备。双极技术以其天然耐辐射性往往大于10KGy而闻名。在照射条件下会发生两种类型的损害。首先，大部分硅粒子产生缺陷的位移损伤。这些损伤作为少数载流子的复合中心运作,缩短其寿命。损伤的第二原点在于在氧化物钝化层的电荷俘获。这些被俘获的电荷在SiO2-Si界面的前沿生成新的界面态降低少数载流子寿命，并增加了结的漏电流。氧化层俘获电荷对双极型器件的影响比对MOSFET的小得多，因为氧化物并不是一个活跃的部分和双极晶体管表面掺杂浓度比MOSFET的大得多。两者体积和界面的缺陷减少了总增益，并增加了泄漏电流。一种效应的影响力依赖于光子能量、硅的类型、温度、偏压和晶体管的几何形状。增益衰减影响线性集成电路，而漏电流会影响数字电路，无论位移损失还是电离损失早前已在该文本描述。据发现，由于增益损失来源于位移损伤强烈依赖于该基区宽度，所以，越来越多的现代集成电路中使用很薄的基区来增加了双极性电路的抗辐射能力。光子能量也起到了重要作用，因为不同的增益值被钴60和X射线照射后观察到的作用相同。该缺陷是由于氧化层俘获电荷强烈依赖于组件批次和制造商。由于氧化层被用作绝缘体，其几何形状和厚度不是制造的关键参数和可以预期得到广泛的效果。在低电流下，界面陷阱对增益损失的影响是更为明显，因为载流子的表面复合是产生少数载流子的主要来源。这是因为低电流往往是表面电流，所以通过适当的掺杂能够避免这样的问题。漏电流也是一个SiO2-Si界面的电荷积累效应。俘获电荷形成一盒可以在集电极和基极之间传输小电流的通道。漏电流强烈依赖于氧化物中的杂质浓度和照射偏压。几何（垂直或横向）和晶体管（ PNP或NPN ）型发在双极型器件的抗核加固方面发挥了一个重要作用，尽管结果的分散使得难以得出确凿的排名。偏压也是一个关键的参数，尽管它有时可以改善或恶化的辐射灵敏度。用双极技术最重要行为不仅仅在于辐照的总剂量依赖于剂量率，而且还在于具有高剂量率有时会比低剂量率造成较小的缺陷。这就意味着当测试是在高剂量率而非实际应用中的完成的时候，损伤剂量往往是低估了几个数量级。这种现象是由于氧化层俘获电荷慢慢移动到所述SiO2-Si界面。另一方面，并不是所有的双极型器件都会出现这种情况，有时高剂量率比低剂量率会造成更大的危害。事实上，出现这样效果的原因在于空穴很大一部分保留在氧化物的体积而不转移到界面。对此的解释与总剂量在氧化层厚度上的损害是由于剂量率的强烈变化是一致的。据发现，高剂量率和低剂量率照射之间的效果差异在于较薄的氧化层。由于氧化层的厚度的很小，MOS器件基本不会受到影响。在非常低的剂量，并在精确的剂量率条件下进行测试往往不切实际，成本太高。有两个替代方案。第一个是过度检测的双极型器件。这意味着如果一个设备被证实100KGy是一个很高的剂量，那么它可能可以在低于1KGy的剂量下正常工作，困难在于找到一个将高剂量率结果转化为低剂量率条件的准确明显的因素。由于组件之间的交互方式和高、低剂量率之间的非线性关系使得这方法可能对于测试一个复杂的电路板是错误的。高剂量率会超过MOS器件的耐辐照能力却不会超过双极型器件。第二种选择是在高温度下用中等剂量率照射被测装置。结果发现，升高温度会加速俘获电荷向界面的移位，与在很短的时间内暴露在很低的剂量下得到的结果一致。这种方法的限制是，当在高剂量率下工作时，必须给予一个很高的温度，中等剂量率和较长的曝光时间都不可避免。其次，在测试时，维持电路板在一个均匀的温度非常困难。如果被测板包括MOS器件，退火会减少他们在辐射中的损失，但是在实际应用中，低剂量率也许会造成意想不到的损伤。暴露后通过适当的退火处理可以恢复一小部分损伤。然而，一个室温下的退火得到的恢复率很小。这是因为缺陷的能量水平是很重要的，并且在室温下很稳定。退火的设备需要一个很高的温度：抑制界面状态需要100 ℃到200 ℃，俘获电荷需要150 ℃到300 ℃。为了消除原子的位移效应而产生的内部损伤大概需要200 ℃到400 ℃的高温。 JFET：与双极型器件相比，结型场效应晶体管（JFET）具有较强的耐辐射能力。不幸的是，其有限的功率和电压限制了它们的使用。其低噪声和高输入阻抗使它们对于前置信号的放大非常有用。与金属氧化物半导体场效应管不同，电流的流动是不通过氧化物绝缘体来控制，而直接在半导体的表面上，然后MOSFET器件的损伤特征之一的俘获电荷可以避免。JFET还是一种不会受少子寿命减少与双极晶体管影响的多数载流子器件。辐射对JFET的参数：如跨导，夹断，耐辐照性等影响不大。最敏感的参数是栅极到源极，在接受的总剂量为10KGy以后，栅极到源极的泄漏会增加。在几KGy的辐照下，这可能会成为低泄漏应用中的问题。常使用JFET是因为它的噪声特性，这种噪音会随着电压集成剂量累积剂量而缓慢上升。JFET采用很耐辐照的砷化镓材料，砷化镓比硅更加耐辐照。 MOS技术：未加固的MOS（金属氧化物半导体）器件对辐射非常敏感。其耐辐照能力常小于100 Gy，因此它们通常不会在辐射环境中使用。射线对MOS器件的影响主要是通过电离效应。大部分的损害发生在栅极和沟道之间的二氧化硅绝缘体。在氧化物中，辐射产生电子-空穴对，电场通过氧化物产生电子-空穴对。由于其具有很高的迁移率，电子迅速移动氧化物，空穴缓慢在氧化物漂移和两者可被截留在空穴中。因此，照射产生的电子空穴对来源于氧化物中电荷的堆积。其结果是，为了在氧化物中产生相同的电场就需要更高的栅极电压。这导致设备的特性：漏电流-栅极电压存在ΔV的偏移。两种类型的缺陷会产生两个不同的效果。Si-SO2界面附近长寿命的空穴会引起总正电荷Qot的集聚，导致在电流 - 电压特性的简单传输。表面的缺陷和，而且电流-电压曲线的失真最终的俘获电荷会导致电压漂移和电流—电压的非线性失真。对于p沟道MOS器件，当栅极电压为阈值电压时，Qot和Qit均为正极。在绝缘体中的电荷将减弱氧化物中电场的作用。为了获得预辐照的结果，必须给予一个较低的电压。阈值电压的改变使累积剂量不断增加，导致装置无法开启。对于n沟道器件，栅极电压为阈值电压时，Qit为负极。这意味着，空穴俘获电荷Qot和界面电荷Qit具有相反的作用而产生一个复杂的反应。Qot对于一个n沟道器件的影响与对一个p沟道MOS器件的影响是相同的，它会导致阈值电压的降低。在低辐射剂量率或没有偏置电压的情况下，Qi的作用才会显示出来。氧化层电荷Qot减少是由于：在室温下的退火处理出现负电荷使阈值电压增加的情况。这个过程被称作“回头”，是由几个过程的竞争引起的。Qot的积聚是一个比产生Qit更快的过程。正电荷比负电荷产生要快，导致了正的总电荷的出现。低剂量率为空穴的退火提供了更多的时间，Qot的值与Qit的值相差无几，因为电荷产生和退火需要更多的时间。然后氧化物中的总电荷急剧地由正电变为负电。低剂量率的反应结果是使阈值电压增加。阈值电压的增加会使“转变”减少。如果一连串的阈值电压的变化保持在可接受的限度之内，组件的耐辐射能可能会因为转变的影响而增大。如果用高剂量率去测试一个设备，并且修改它的原设计以适应较低的阈值电压，那么当其暴露于低剂量率时将导致阈值电压的增加，可能导致意想不到的故障。对p沟道和n沟道MOS器件来讲，电压阈值的移位会影响系统的逻辑兼容性：逻辑1可能被逻辑0取代，反之亦然。电压阈值的变化不是辐射在MOS器件上的唯一的影响。γ辐射的另一个作用是增长静态电流（供给电流时，栅极不改变状态）。n沟道器件的电压偏移造成了泄漏电流的增加，对于n沟道的MOS器件，Vg = 0V时没有漏极电流的存在时，照射后，即使在Vg = 0V，负电压偏移也会允许大量的漏极电流通过沟道。其结果是造成MOS电路一个更大的电流消耗。如果电流超过了电源的最大输出，它可产生一个故障或功率元件的被破坏。电源电流的测定允许对MOS器件的退化进行监控和预测。漏电流存在于一个晶体管中，晶体管所谓“关闭”会减少在其信道的电势差，并降低了“开”和“关”状态之间的差别。逻辑兼容性的问题是MOS器件问题的主要来源之一。Id-Vg特性曲线的斜率变化会导致器件跨导的降低。较小的电流驱动会使开关时间增加和延迟，因为它需要更多的时间来积累电荷来更改设备的逻辑状态，这种效应会导致逻辑定时误差，限制设备的运行频率。微处理器可能没有达到标示的频率，但能够以较低的频率正常操作。最后，位于栅和沟道之间的氧化物不是问题的唯一来源。所有现代的MOS器件使用厚氧化物层作为绝缘体，以阻止活动区与连接器或外包装的相互作用。由于氧化层空穴的存在，组件的区域处在一个被称作鸟嘴区的寄生并联晶体管附近的横向氧化物绝缘体位置。氧化层中辐射产生的泄漏物会使两个导电元件发生分流现象，并在其他影响之前在栅极产生一个损伤。位移损伤会降低少数载流子的传导，但不会影响多数载流子器件中的MOS元件。装置的偏压在MOS器件的辐射损伤中起着主要作用，在照射期间，当一个电压被施加栅极时，由γ射线所产生的电子-空穴对将被氧化物中的强电场下清除，一个电子和一个空穴重新结合不会出现。当设备未通电，没有力施加在载体上，电子和空穴随机地在氧化物中游荡，两个电荷之间的库仑力会是电荷重新结合。偏压增加氧化物的损伤率；因此，辐射条件下在不需要开启设备的操作系统时，强烈建议不要给设备通电。在许多方面，一个无偏压MOS器件上的辐射效应与低剂量率辐照影响相当，在文中的两个条件下，由于在室温下的退火处理，损伤率和恢复率基本相当，最终，损伤率和恢复率是相同的。这种效应会产生一个饱和的氧化物层俘获电荷Qot，然后，界面的俘获电荷Qit的作用很显著，也可能达到饱和。当器件被偏置，仅在低剂量率下Qit的作用才会显示出来。图4给出的阈值电压偏移△V作为偏压的总剂量和无偏压的MOS 器件n或p沟道的函数。该图显示由于氧化层俘获Vot和界面俘获Vit对电压偏移的贡献。一个在辐射下用于延长设备寿命的策略是要有一个动态趋势。在任何时候都使设备保持无偏，以减少辐射损伤几乎是不可能。另一种方法是仅在需要时开启设备。如果一个设备要被永久地使用，它可能有一个周期性的偏差。当该装置是无偏，由于在室温下退火，如果损坏率比恢复率较小，那么在偏置期间发生的损失，可以在无偏期间退火。该周期性偏差包括在低频率时的方波信号。如果动态偏压不能满足系统的要求，降低偏置电压可显著减少辐射损害。延长受辐射设备寿命的方法之一是有一个动态偏压，几乎不可能使一个设备在任何时刻都不多不少地减少辐射的损伤。另外一种是仅在需要的时候给装置通电。如果一个设备要被永久性地使用，它可能有着周期性偏压。当设备没有偏差，由于在室温下退火，如果损伤率小于回复率，那么发生在无偏差时期的损伤部分可以在没有偏差的时期进行退火。这个周期性偏压包括一个处在地平的方波信号。如果动态偏压不能满足系统的要求，减少的偏置电压可显著减少辐射损伤。在氧化物中被捕获的正电荷，有着一个能量水平使它们不可能在短时间不会被电子湮灭。这并不意味着缺陷的恢复是不可能的。在氧化物的正电荷的积累产生一内建场，吸引电子，并驱动正电荷远离。该愈合辐射损伤的反应被称为退火，是对于MOS器件特别重要的反应。被俘获电荷的退火是一个随时间呈指数变化的概率性反应。这意味着大部分的损伤在辐照后应立即进行退火。损伤恢复的速度取决于许多因素，如温度，偏置陷阱能阶，和辐射环境的类型。退火是一个损伤一旦产生是就永久性存在的步骤。在高剂量率，所述俘获电荷积累比恢复的速率快得多，所以退火的贡献，因此可以忽略不计。空穴捕获率在低剂量率，或当该装置是无偏压时，是跟退火速率相当的，因此其损害重要的一部分可以在曝光期间退火，即使是在室温下。不幸的是关于退火总则的简化。事实上许多的参数影响着MOS器件的反应。在氧化物中的被捕获电荷恢复远快于仅能在高温下退火的交界面被捕获电荷。这导致了一些有趣的行为。在一个已经被高剂量辐照的n-通道MOS器件，该阈值电压偏移是由于正电荷捕获。由于界面陷阱，退火去除正电荷比去除负电荷更容易。总捕获电荷可能降低，成为零，有时成为负的。这种效应被称为“反弹”或“超级恢复”，并且表明被俘获的正电荷在退火但交界面的负电荷任然保留。相反的效果存在于p通道MOS器件；在这种情况下，和都是正电，而且恢复比n通道MOS慢. 照射后，新界面状态被创造，捕获更多的电荷来抵消正电荷的退火。在少数情况下，退火会恶化辐照损伤，这种效应被称为“反退火”。在室温下，退火也存在，但总是低于高温下的退火。温度会提高回收率，但应该保持足够的温度以避免破坏装置。两种类型的热退火是可能的；在整个退火时间里，等温退火使装置保持在恒定的温度。等时退火使用的是一个恒定的温度梯度; 温度以恒定速率增加可达到温度极限。等温退火为损伤提供了更多的时间来退火，但不能恢复具有最能级的缺陷。等时退火则覆盖整个被俘获的能级范围，但这种操作的时间有限，不允许缺陷的完全恢复。退火的过程不是能很好地理解，但似乎氢原子发挥着重要作用。退火时的偏压也是一个关键的参数。结果发现，正偏压允许更快的恢复，而一个负偏压可产生相反的效果，也就是反退火。此偏压的幅度应仔细选择，以优化恢复率。还发现，，通过在连续偏压上叠加高频信号，该恢复率会进一步增加。再次叠加信号的频率和幅度应仔细选择，以加速恢复.热退火和显著偏压的组合加大了装置的辐射耐照性。面临的挑战是优化许多随辐射环境和MOS器件而变化的退火参数。固化的MOS器件是可以购买到的。固化和未固化的组件之间的差别是在器件的处理上。该材料的纯度是严格控制，以减少潜在的陷阱的数量，特别是注意在大部分被损伤的氧化物的增长. 由于故障的最大贡献是由俘获电荷和给出，固化的MOS器件的制造中使用特殊的措施防止那些导致大部分和界面陷阱的缺点形成。我们的目标是不仅要防止电荷的聚积，而且还能够在辐照后快速恢复。据发现，在辐射硬度减少氧化层厚度能提供一个大的增加。首先，较薄的氧化物减少了可被捕获的孔的数量。第二，小厚度氧化物的允许更大比例的被捕获孔洞通过隧道效应进行退火。下面的参数，由Holmes-Siedle和Adams [77]给出的在制造辐射加固的MOS器件的关键步骤： · 材料的准备和清洗 · 栅氧化层生长（厚度，温度，环境） · 栅氧化层退火（温度，环境） · 栅电极（材料，沉积条件） · 高温处理（夹层电介质，钝化，包装）商用的MOS部件的制造是为了盈利。 It is unfortunate that many of the parameters that allow a more affordable device are directly opposite to the ones that improve radiation hardness. 不幸的是，许多参数，允许一个更合理的装置的直接对立，改善辐射硬度。无论MOS器件的日益小型化，间接地受益的是装置的耐辐照性。经常被发现于文献中是新的半导体器件是相比于老一代对辐照更加敏感。在威胁是单一事件扰动和剂量率的影响下，这是空间和军事应用中的事实。然而，在总剂量影响的情况下，这不是核应用的理由。在最近几年，MOS元件的尺寸大大减小，以得到更大的性能的更好集成。这个小型化，不仅降低了氧化物的大小，但也需要一个更需要惊醒控制的过程。在受控环境中，这种设备的制造使用极纯的材料，需要更多的处理步骤。高度集成的MOS器件的加工因此与总剂量抗辐射加固部件的制造相媲美。这导致为在地面操作的机器人的抗辐照性的改进。在单粒子翻转可能发生的情况下，与此相反的是真实空间的应用程序。 CMOS/ SOI和CMOS/ SOS技术： Silicon on insulator（SOI）和silicon on saphire（SOS）是已用于电子学强化对于剂量率效应和单粒子翻转的两种技术。SOI和SOS设备减少大量可用于电子对的产生的硅，从而降低处在高剂量率的光电流的量。SOS和SOI技术也提供对于发生在空间的单粒子翻转的封锁的不错的保护。这两种技术已经应用到军事和空间应用，以解决抗辐照性的具体需要。最近，因为两个原因，SOI 芯片已经在VLSI（超大规模集成）电路上开发了。首先，SOI设备需要比MOS量少。第二，SOI技术提供了一个减小的附加电容，其允许更大的工作频率。该设备采用了SOI和SOS技术，实际上没有提供抗辐射的有关总剂量影响的任何保证。许多SOS和SOI芯片然而，已经因为总剂量耐受性要求为军事和航天设计应用。此固化并非来自使用SOI或SOS技术，但由特殊的设计和工艺，使该装置有着更小的辐射敏感。换句话说，未固化的SOI/ MOS和SOS/ MOS器件能和MOS器件一样敏感，除非它们的制造包括固化的设计和工艺。使用SOI技术的最新VLSI电路需要复杂的制造过程，是接近的固化装置的复杂性。这些VLSI电路从而提供抗辐照性一定的增益。 BiCMOS： BiCMOS技术在一个相同的芯片上，结合高速的双极型晶体管，来降低消耗电流和小尺寸的CMOS技术。众所周知的是双极晶体管比MOS器件有更大的耐辐照性。不幸的是，这两种技术的结合并没有在薄弱的地方给出一个更大的耐辐照性。在几百Grays的剂量，阈值电压漂移和边缘泄漏在MOS器件和双极晶体管的泄露是故障源 GaAs technology：砷化镓（GaAs）器件在高速电路中越来越多地使用。在GaAs材料是一种相对较纯的半导体，但有高密度的表面缺陷以至于不容许它作为MOSFET使用。因此GaAs器件在栅极使用Schottky junction（金属半导体结），而不是氧化物绝缘体。砷化镓组件比他们的硅组件更具有抵抗性。他们往往可以在100kGy以上工作，而没有明显的问题。砷化镓场效应晶体管（FET）没有任何可以捕获电荷的氧化物。从电荷俘获导致小阈值电压漂移是经常的经历。在砷化镓异质结双极晶体管中，比得上那些由硅双极型器件的照射产生的缺陷。辐射会在发射极和基极的材料产生缺陷中心。在表面钝化层累积的电荷导致一个诱导空间电荷区域。这两种效应增加的基极电流，并导致一个小的降低的电流增益。很少超过10kGy的情况下，GaAs器件应该是首选的固化电子的抗辐射元件。离散组件二极管：二极管是自然抗辐射总的影响导致increased leakage current, a larger forward voltage and a modified breakdown voltage.电流泄露增加，正向电压增大和改进击穿电压。The worst cases of total dose damage threshold voltages are 1 kGy for rectifying diodes总剂量损伤阈值电压的最坏情况是1kGy的整流二极管辐照and 100 kGy for switching diodes but in most cases no significant characteristic change is和100 kGy的开关二极管，但在大多数情况下，没有显着的特征变化recorded under 1 MGy.记录在1MKy。正向电压的变化通常保持在5%的initial value. The most radiation resistant diodes are the small volume, low power ones初始值。最抗辐射的二极管体积小，低功耗。because the increase of forward voltage can create some power dissipation problems for由于正向电压的增加可以创造一些功耗high-power diodes.高的功率二极管。电压基准二极管：稳压二极管和雪崩二极管其大breakdown voltage is used as voltage reference. Zener diodes have heavily

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