自从玛丽·居里发现辐射以来，它给工程师们提供了无数的应用和设计问题。什么是辐射，它是如何影响电路的，工程师如何防止辐射？

什么是放射性？

放射性是一种自然现象，不稳定的原子核以辐射的形式释放能量，使其变得更稳定，这种能量的释放有三种类型：α、β和γ。α衰变是指原子核释放一个α粒子（一个氦原子核，或两个质子和两个中子），而β衰变是当原子核中的中子衰变为质子时，原子核释放出一个β粒子（一个电子）。伽马辐射是一种高能光子，其频率通常大于1018赫兹，但伽马辐射总是在α和β衰变期间发射。

电子辐射如何影响电路？

辐射是电子电路的一个特殊问题，因为辐射可以以多种不同的方式干扰。辐射影响电路的第一种方法是通过它的破坏性。α粒子是高度电离的，因此，可以通过剥离电子使材料变性，造成物理损伤。然而，α粒子的穿透能力最小，因此只能破坏最外层的材料。β粒子也能通过使材料电离，或使原子上的电子脱落而造成物理损伤。虽然它们的破坏力不如阿尔法，但它们可以深入到材料中，从而损坏内部组件。它们具有最强的穿透力，可以在大量的屏蔽层后损坏材料。

第二种辐射能在电子电路中造成破坏的方法来自于感应电流的能力。虽然辐射本身不能产生大电流，但电离材料的能力加上晶体管尺寸越来越小，导致辐射能够触发晶体管栅极。这可以是短暂地让晶体管传导足够的电流来翻转存储在存储器中的一个位，甚至干扰闪存芯片中的浮栅层。其结果是信息会受到干扰，从而使计算机无法可靠地运行。

什么是抗辐射部件？

抗辐射部件是一种内置有抗辐射措施的部件。组件使用的第一种方法是金属屏蔽形式，一眼就能看到镀金的包装（金的核非常重，非常适合吸收辐射）。辐射防护也可以通过放置在绝缘材料上的半导体来实现；这可以防止粒子干扰大块半导体材料时产生的闭锁效应。另一种防止辐射的方法是使用不同的电路技术，例如在CMOS上使用BJTs。双极结晶体管（BJT）是基于电流的，使用更大的硅空间，使其对辐射和静电放电的损伤更具弹性。相比之下，CMOS技术使用MOS晶体管，这种晶体管使用非常薄的绝缘栅，容易损坏。使用高禁带材料，如碳化硅和氮化镓，可以进一步提高辐射硬度，这些材料具有很强的介电性能和抗电压尖峰的能力。在中子辐射是一个问题的情况下，硼可以用于IC封装来吸收中子。尽管如此，结果是α粒子的辐射（然而，这些粒子更容易防御）。

上述所有辐射硬化方法都涉及物理屏蔽和防止损害的机制；然而，使用软件可以减轻辐射的影响。如果辐射的影响不是机械的，而是内存中损坏的位，那么可以使用纠错来代替。例如，纠错存储器（ECC）通常用于可能遇到这种故障的应用程序。当内存中的某个位被翻转时，附加的错误位（如奇偶校验）可以快速标记内存中的错误，然后用于将内存恢复到其原始内容。

辐射硬化零件通常在哪里发现？

辐射硬化零件通常存在于易受辐射影响的应用中，但也可以在要求高可靠性的应用中找到。首先，在核反应堆和试验场发现的电子设备将包含这些电子设备，这显然是因为这些应用直接涉及辐射。航空航天应用还将利用辐射部件，因为宇宙射线可以在太空或高空（如商用客机）对电路造成严重破坏。在某些军用产品中，如坦克和通讯设备中也可以找到抗辐射部件，以防受到放射性武器的攻击。虽然服务器场可能不使用抗辐射部件，但它们通常会在内存中使用ECC保护，因为杂散的宇宙射线会导致内存中的位翻转。