Эксперименты с изотопными источниками

Для исследования эффектов ОС в ИС и ПП возможно применение изотопных источников, претерпевающих спонтанное деление ядер. Наиболее распространено использование источников на основе радионуклида ²⁵²Cf.

Изотопный источник ²⁵²Cf — трансурановый радионуклид, подверженный альфа-распаду с периодом полураспада 2,72 года и спонтанному делению с периодом полураспада 85 лет. Энергетический спектр продуктов распада источника ²⁵²Cf в вакууме имеет три ярко выраженных максимума: 6,12 МэВ (⁴Не₂); 78,7 МэВ (¹⁴²Се₅₈); 102,5 МэВ (¹⁰⁶Pd₄₆). Осколки деления источника ²⁵²Cf в кремнии имеют значения ЛПЭ до 43 МэВ×см²/мг и пробеги порядка 14,2 мкм [1]. На тяжелые осколки приходится порядка 3 % от всех высокоэнергетических частиц, испускаемых источником (остальное — альфа-частицы).

В экспериментах с использованием источника ²⁵²Cf параметры чувствительности ИС и ПП к эффектам ОС напрямую не определяются. В ходе эксперимента определяется зависимость частоты возникновения ОС при воздействии осколков деления источника от эффективной толщины защиты между источником и облучаемым образцом. Варьирование эффективной толщины защиты осуществляется с целью изменения энергетического спектра ТЗЧ, падающих на облучаемый кристалл. Такое варьирование обеспечивается либо путем изменения расстояния между источником и объектом исследований при неизменном давлении воздуха, либо путем изменения остаточного давления воздуха в вакуумной камере при фиксированном расстоянии от источника до ИС, либо путем введения между источником и ИС поглощающих фильтров калиброванной толщины. Второй способ изменения эффективной толщины защиты (изменение остаточного давления воздуха) представляется наиболее оптимальным, поскольку он легко технически реализуется, и при этом остается неизменной геометрия эксперимента.

Средства дозиметрии в экспериментах на установках с изотопным источником ²⁵²Cf должны обеспечивать измерение потока излучения с погрешностью не более 30 %, а также измерение спектрально-энергетических характеристик ТЗЧ. Как правило, используются автоматизированные системы спектрометрии на основе кремниевых поверхностно-барьерных детекторов. Следует отметить, что для всех условий облучения (для всех значений эффективной толщины защиты, используемых в экспериментах) в обязательном порядке должны быть зарегистрированы энергетические спектры осколков деления источника.

Основными недостатками данного метода исследования ОС являются следующие.

· Короткие пробеги ТЗЧ (не более 14,2 мкм), вследствие чего исследоваться могут только образцы с удаленными крышками корпусов и при отсутствии на поверхности кристалла защитных лаков, компаундов и т.п. Кроме того, эксперименты должны проводиться в вакуумной камере (при нормальном атмосферном давлении расстояния, на которых энергетические спектры осколков деления ²⁵²Cf не перекрываются со спектром альфа-частиц, составляют менее 15 мм). Короткие пробеги падающих ионов также приводят к тому, что в данном случае нельзя применять в обычном виде ЛПЭ-подход, т.е. необходим учет изменения ЛПЭ ТЗЧ по мере их прохождения через чувствительную область.

· На поверхность кристалла падают частицы с достаточно широким распределением по энергии и массе, в результате чего при обработке экспериментальных результатов необходимо решать достаточно сложные математические задачи.

Главным преимуществом данного метода исследования является простота и дешевизна используемого оборудования. Как правило, испытательный стенд представляет собой настольную установку, которая не требует специальных средств защиты (с точки зрения радиационной безопасности), и при наличии необходимого программно-методического обеспечения с помощью экспериментов на данной установке возможно проведение оценки основных параметров чувствительности ИС и ПП к эффектам ОС при воздействии ТЗЧ.