| 概念定義： 電子元器件和系統在高能核輻射環境中要受到中子、γ射線輻照及瞬時效應等的影響,為了提高核環境下工作的電子元器件和系統的有效性和適應性,需對電子元器件和系統進行抗核加固研究,主要是提高電子元器件和系統的自身的抗核加固能力。 研究范圍：主要包括:1.各種電子元器件的抗核輻射能力;2.大規模、超大規模集成電路的抗核輻射能力;3.屏蔽技術的研究。
(一) 發展過程 50年代末--60年代末 需求動力： 隨著核打擊技術和核防護技術的發展,使得軍用電子元器件和系統、導彈上使用的電子元器件和系統、以及衛星上的電子元器件和系統的抗核加固能力的研究工作越來越重要,它是保障導彈、衛星和各種軍事裝備與武器的生存能力、應變能力和作戰能力的基礎。 主要特點： 1.基礎研究和國防應用研究活動都十分活躍,研究內容廣泛,成果層出不窮。 2.各國政府都十分重視此領域的研究活動,投入了大量的資金,軍用、民用的電子元器件和系統都得到發展。 70年代初--70年代末 需求動力： 核武器的發展對電子元器件和系統的抗核加固能力提出了更高的要求;電子技術的發展不僅直接對武器系統的先進性產生影響,而且還影響著民用電子工業的發展。為此,各國都投入大量資金開展此領域的研究工作。 主要特點： 1.就世界各國的發展來看,此階段為電子技術的高速發展階段,但就美國而言,此時的發展速度較前一時期慢。 2.美國國防部曾一度削減了對電子元器件和系統的投資,這不僅使電子技術的發展受到影響,而且使其武器系統的先進性的明顯優勢也迅速消失。 3.對分立元件的抗輻射容限、閾值、極限等都進行了系統的試驗,加固技術也逐漸成熟。 70年代末--90年代初 需求動力： 為加速軍用電子系統、航天器上的電子系統和導彈上的電子系統的抗輻射能力的提高,滿足軍事和航空航天工業的需要,各國政府都投入大量資金支持該領域的研究工作。 主要特點： 1.投資多、發展快,即各國政府對電子元器件和系統的發展的投資多,這不僅能夠促進軍用電子技術的發展,而且還能推動民用電子工業的發展;在大量投資的基礎上,水平提高得較快,成果轉化為軍事應用,使各系統的整體水平不斷提高。 2.競爭激烈、各有優勢,即:由于各國都十分重視該領域的研究工作,使得某一國很難形成壟斷,呈現出激烈的競爭局面。 3.注重大規模集成電路和超大規模集成電路的加固研究工作。
(二) 現有水平及發展趨勢 為了保證軍事、航空航天和空間系統在核輻射環境下的生存能力、應變能力和作戰能力,國外十分重視對電子元器件和系統的抗輻射能力的研究。國外不僅對分立元件的抗核輻射容限、閾值等進行了系統性研究,而且對大規模集成電路和超大規模集成電路也作了類似的實驗研究。 80年代初期通常使用的電子元器件和系統的加固技術為常規或介質隔離的雙極加固技術,該技術是第一種能滿足需要的、成熟的高水平加固水平,但在集成度方面遠比新技術低。盡管硅雙極加固技術在不斷的改進、提高,在一些場合也得到應用,但它已逐漸被新技術所替代。 體硅CMOS（互補金屬氧化物半導體器件）技術是繼雙極技術之后的一種加固技術。CMOS器件結構本身的特殊性使其具有很高的抗中子輻射的固有能力。由于SDI計劃中的衛星或導彈對地球周圍或其它地方發生的核爆事件必須瞬時作出反應,以空間為基礎的電子系統要進行極大量的計算,其器件所要達到的信息存儲能力是前所未有的,小容量存儲器(4K位和16K位)是遠不能勝任的,所以,由IBM公司和霍尼維爾(Honeywell)公司采用在晶體管周圍作一硅墻或硅槽的隔離方法制出的抗輻射的體硅CMOS64K位靜態隨機存取存儲器(SRAM),使人們對已冷落了的體硅CMOS加固技術已刮目相看了。體硅CMOS在工藝技術方面也不斷發展，IBM公司已突破1.0μm,正向1.0～0.5μm進軍;IBM和Honeywell公司正在研制256K位的SRAM。 SOS-CMOS技術是在合成藍寶石絕緣襯底上制作硅CMOS集成電路。使用SOS技術制出的器件具有很高的抗輻射能力,比體硅CMOS器件高10～100倍。目前SOS技術中的器件設計規則為1.25μm,專家估計這已挖掘出該技術的全部潛力。在SOS材料方面,美國的一些公司都從日本進口。該技術存在的問題與材料有關。 SOI-CMOS技術是近年來成熟起來的一種加固技術,其芯片成品率為SOS的兩倍,其備用功耗比體硅CMOS小三個數量級。德克薩斯儀器公司、哈里斯公司等采用該技術已制出64K位的SRAM,其性能和抗輻射能力都與SOS的相當。該技術存在的問題是在襯底內部制作絕緣層所需要的離子注入設備十分昂貴。 GaAs（砷化鎵）器件的速度比其它技術制作的相應器件快5～10倍,且抗總劑量輻射能力也無與倫比,故該技術在軍用領域十分受重視。采用先進工藝制造的GaAs器件的加固水平極高,如:抗總劑量能力為107～108rad(GaAs);瞬時翻轉為1014～1011rad(GaAs)/s;單粒子翻轉為～10-7故障/bit-d;抗中子輻照能力為～1016n/cm2。 就電子元器件和系統的加固技術的發展看,其未來的發展趨勢和特點是:A.高技術、高投資;B.加固技術競爭激烈,老技術得以改進、提高,新技術迅速成熟;C.砷化鎵技術仍引人注目,工藝方法急待發展與提高。 在電子元器件和系統的抗核加固技術領域中,美、日、西歐、前蘇聯等國的技術發展較快,居于世界前列。其中,美、前蘇聯兩國的戰略導彈的抗核加固水平已經達到安全半徑為距爆心2～3km,即其內的電子元器件和系統的加固水平為:抗中子能力為6×1014n/cm2水平,抗γ射線總劑量為～106rad(Si)水平。 在雙極型和CMOS型器件的抗輻射加固技術方面,各國的技術差距較少,而在新型的GaAs技術方面則存在著明顯的距離,日本的GaAs技術已居于世界領先,美國次之,前蘇聯在該領域與美、日存在著一定的距離。為了縮短美國與日本的距離,美國已投資建立生產線以生產出美國最大的、最復雜的GaAs存儲器和邏輯芯片,并特別強調了降低芯片廢品率的重要性。 投資狀況： 自1983年以來,電子元器件和系統的加固工作受到高度重視,美國自1984年以來已投資25億美元,1990年度撥額0.52億美元。美國對軍用電子器件芯片的投資估計為每年30億美元,其中抗輻射加固芯片的投資額約占5%,即每年約為1.5億美元,用于研究芯片經受總劑量、劑量率、中子輻射及單粒子效應的綜合能力。美國國防部于1991年對GaAs技術投資2.25億美元,用于降低單片微波集成電路的成本,以及CAD、組裝、測試等技術。
(三) 主要研究機構 美國霍尼韋爾航空航天系統公司電子設備部(Honeywell Space&Ariation System Electron Component)，主攻技術及工程： 主要研制用于衛星的機電設備和電磁運動控制器件。 哈里斯公司(Harris Corporation)，主攻技術及工程：主攻技術：半導體、通訊、電子系統等。 得克薩斯儀器公司(Texas Instruments Incorporated)，主攻技術及工程：主攻技術：元器件、數字產品、電子防御產品等。
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