Современная электроника №2/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 61 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2021 лежат ниже таких же зависимостей, рассчитанных для корпуса типа II. Таким образом, можно сделать вывод, что наибольшей эффективностью защиты активных элементов от пото- ков электронов радиационных поясов Земли обладает корпус типа III. Это пол- ностью подтверждается данными по вычислению в соответствии с форму- лой (1) суммарных поглощённых доз D в кристаллах кремниевых транзисто- ров (см. табл. 1). Эффективность радиационной защи- ты электронных компонентов корпуса- ми от воздействия электронов K e мож- но оценить из отношения K e = D I / D sh , где D I – накопленная доза кристалла- ми кремния в корпусе без радиацион- ного экрана (типа I), а D sh – накоплен- ная доза в корпусе с радиационными экранами. Эффективность экранирова- ния корпусом типа II составляет 3,5...3,7 при минимуме солнечной активности и 3,9...4,1 – при её максимуме. Соот- ветственно, эффективность экрани- рования корпусом типа III составляет 6,8...9,3 при минимуме и 7,6...10,7 – при максимуме СА. В заключение следует отметить тот факт, что значения D кристаллов тран- зисторов в корпусе типа III явно зави- сят от их положения на коммутацион- ной плате (см. табл. 1). Максимальная разница в накопленной дозе активны- ми элементами в корпусе типа III при минимуме и максимуме солнечной активности составляет 25 и 27% соот- ветственно. При этом такая же разни- ца для корпусов типов I и II равняется 2...3% и сопоставима со статистиче- ской погрешностью моделирования. Столь большое различие в значени- ях D для корпуса типа III также выте- кает и из расхождениях кривых D 0 ( Е ) (см. рис. 3). Если расположить транзи- сторы по мере удалённости от двух бли- жайших боковых стенок (см. рис. 1а): VT2 (1,27 и 1,52 мм), VT4 (1,3 и 2,15 мм), VT1 (1,27 и 4,47 мм), VT6 (1,65 и 5,15 мм), VT3 (2,15 и 4,10 мм), VT5 (3,55 и 5,15 мм), то такой порядок соответствует монотонному уменьшению их значе- ния D (см. табл. 1). Указанная законо- мерность позволяет дать следующее объяснение полученным результатам. Выше уже отмечалось, что у корпусов типов II и III массовая толщина крышки и основания больше толщины боковых стенок. Суммарное количество излуче- ния (первичные и вторичные электро- ны, а также тормозные гамма-кванты), мости D 0 ( E ) имеют одинаковый вид, а именно: с ростом энергии электронов значение поглощённой дозы растёт нелинейно. При этом до определён- ной энергии электронов значение D 0 совсем незначительно. Для корпу- са типа I значение этой «пороговой» энергии составляет порядка 1,2 МэВ, а для типов II и III – 2,0 МэВ. Не вызывает особых сомнений и то, что электроны с энергией ниже «пороговой» полностью тормозятся стенками корпусов, а нако- пленная кристаллами доза определяет- ся исключительно низкоэнергетичным вторичным излучением, сгенериро- ванным при взаимодействии первич- ных электронов с атомами материала стенок. Такой результат согласуется с данными экстраполированного пробе- га электронов в веществе. Так, у корпу- са типа I крышка из ковара имеет наи- меньшую по сравнению с остальными стенками массовую толщину, равную 0,59 г/см 2 , и ей соответствует длина экс- траполированного пробега электронов с E = 1 МэВ в железе [11]. Боковые стенки двух других корпусов имеют массовую толщину 1,0 г/см 2 . В то же время дли- на экстраполированного пробега элек- тронов с E = 1,5 МэВ в железе составля- ет 0,96 г/см 2 . При этом для электронов с E = 2,0 МэВ длина экстраполирован- ного пробега в железе равна 1,31 г/см 2 , а в вольфраме – 1,55 г/см 2 [11]. Следова- тельно, электроны с энергией до 2 МэВ активно поглощаются корпусами II и III типов. Дальнейший рост энергии падающих на стенки корпуса первичных элек- тронов выше «порогового» значения ведет к увеличению энергии и количе- ства частиц, достигающих кристаллов кремния, в результате чего наблюдает- ся существенное возрастание значения D 0 (см. рис. 3). Зависимости D 0 ( Е ) для корпусов с дополнительными ради- ационными экранами (II и III типы) лежат значительно ниже, чем таковые для корпуса типа I. Это обусловлено большим значением суммарной мас- совой толщины (1,67 г/см 2 ) крышек и оснований корпусов со слоями компо- зита W-Cu. Опускание слоя композита W-Cu к основанию в конструкции корпу- са типа III приводит к существенно- му увеличению массовой толщины вышележащих частей всех боковых стенок. Здесь электронам необходи- мо преодолеть не только эти стенки, но и защитный слой композита, что- бы попасть в кристаллы активных эле- ментов (см. рис. 1г). Несложно оценить, что суммарная массовая толщина ука- занных элементов корпуса возрастает до 2,7...3,5 г/см 2 . При этом суммарная массовая толщина остальных элемен- тов (крышки, основания и частей боко- вых стенок, лежащих ниже слоя ком- позита W-Cu) остаётся такой же, как и у корпуса типа II. Из вышесказанного становится понятно, почему на графи- ке (см. рис. 3) зависимости D 0 ( Е ) кри- сталлов транзисторов в корпусе типа III Рис. 3. Зависимости D 0 ( E ) для кристаллов кремниевых транзисторов в корпусах трёх типов при облучении электронами флюенсом Φ =4,1·10 6 см -2 (2)