化合物半导体器件的辐射效应
半导体器件辐射效应及抗辐射加固
半导体器件辐射效应及抗辐射加固随着空间技术和国防科技的不断发展，半导体器件在航空、航天、军事等领域的应用越来越广泛。
然而，半导体器件在受到空间辐射后会产生各种效应，如离子注入、光刻、蚀刻等，这些效应会导致器件性能下降甚至失效。
为了提高半导体器件的可靠性，抗辐射加固技术成为了研究热点。
半导体器件受到辐射后，会产生各种效应。
其中，离子注入是一种常见的辐射效应，它是指高能离子在半导体中注入并形成堆积层，从而导致器件性能下降。
光刻则是指辐射引起的半导体表面形态变化，它会导致器件的几何形状和尺寸发生变化，进而影响性能。
蚀刻也是辐射效应之一，它是指辐射引起的半导体表面物质损失和形貌变化，进而导致器件性能下降。
为了应对半导体器件的辐射效应，各种抗辐射加固技术应运而生。
材料选择是一种有效的加固方法。
通过选择具有优良抗辐射性能的材料，如碳化硅、砷化镓等，可以显著提高半导体器件的抗辐射能力。
结构优化也是一种有效的抗辐射加固技术。
例如，通过优化器件的结构，可以降低辐射对器件性能的影响。
减少剂量率也是一种可行的加固方法。
通过降低辐射剂量率，可以减少器件受到的辐射损伤，从而提高器件的可靠性。
为了比较各种加固技术效果，我们选取了一种常见的半导体器件——互补金属氧化物半导体（CMOS）进行实验研究。
我们采用材料选择方法，分别选用碳化硅和硅材料制作CMOS器件。
实验结果表明，碳化硅材料的CMOS器件性能更稳定，抗辐射能力更强。
然后，我们采用结构优化方法，对CMOS器件的结构进行了优化设计。
优化后的CMOS 器件在受到辐射后，性能下降幅度明显减小。
我们采用减少剂量率方法，降低了辐射剂量率。
实验结果显示，降低剂量率后，CMOS器件的性能更加稳定。
本文对半导体器件的辐射效应及抗辐射加固技术进行了深入探讨。
通过实例分析，我们发现材料选择、结构优化和减少剂量率等抗辐射加固技术均能有效地提高半导体器件的抗辐射能力，从而提高器件的可靠性。
其中，材料选择是最为关键的加固方法，它直接决定了器件的抗辐射性能。
宇宙射线对半导体器件影响的研究
宇宙射线对半导体器件影响的研究近年来，随着半导体器件的广泛应用和信号处理的要求不断提高，对于宇宙射线对半导体器件的影响研究也越来越受到关注。
由于宇宙射线能够产生较高的能量，对于半导体器件的影响也更为严重。
因此，如何减轻或避免宇宙射线对半导体器件的影响，成为了科学家们的研究方向。
首先，我们来看一下宇宙射线的组成和特征。
宇宙射线是来自宇宙空间的高速粒子，这些粒子包括质子、α粒子、重离子和光子等。
它们能够穿过大气层、云层和建筑物等物体，并对电子器件产生较大的影响。
宇宙射线的轨道高度越高，影响的程度也越大。
在现代半导体器件中，全球范围内每天接受到的宇宙射线剂量在几千个自然电荷单位（nCeu）以上，因此，对于半导体器件的影响也必须引起足够的重视。
其次，我们来分析宇宙射线对半导体器件的影响。
宇宙射线照射在半导体器件上主要有两种影响：辐射效应和电磁效应。
辐射效应是指宇宙射线和其他粒子的能量在半导体表面释放时导致的影响。
辐射效应包括电离和捕获效应。
电磁效应是指宇宙射线和其他粒子与半导体中电荷的相互作用导致的影响。
电磁效应包括静电效应和磁气效应。
具体来说，辐射效应会使半导体中的载流子浓度减少，从而导致电阻率增高、寿命缩短和噪声增大等问题。
电磁效应则会引起电场电荷累积、反向漏电流增大、噪声增加等问题。
此外，辐照还会使器件的表面及界面产生缺陷，并进一步影响器件性能。
那么，如何降低宇宙射线对半导体器件的影响呢？目前，方案有两种：一是通过控制工艺，提高器件的可靠性；二是通过选择合适的材料、结构和加工条件等方式来减轻辐射损伤。
在选择材料时，高禁带宽和低活化能的材料更容易受到宇宙射线的影响。
而选择适当的加工条件和器件结构，比如减薄层结构、增加氧化层厚度、减少漏电流等方法，则可以有效地减轻宇宙射线对器件的影响。
值得一提的是，近年来，利用宇宙射线进行半导体探测器检测应用的领域也在不断扩展。
在探测器制造中，由于宇宙线的穿透力强，在粒子检测中发挥着重要作用。
第六章III-V族化合物半导体
6-及条件的依据：相图
非凝聚体系相图与凝聚体系相图的差别 非凝聚体系P-T-X相图
GaAs作为重要半导体材料的 主要特征
直接带隙，光电材料 迁移率高，适于制作超高频超高速器件和电路 易于制成非掺杂半绝缘单晶，IC中不必作绝缘
隔离层，简化IC，减少寄生电容，提高集成度 Eg较大，可在较高温度下工作 抗辐射能力强 太阳电池，转换率比Si高 Gunn效应，新型功能器件
能带结构：直接带隙 导带中有两个次能谷X，L，与主能谷能量差不大 主能谷中：电子有效质量较小，迁移率较高 次能谷种：电子有效质量大，迁移率小，态密度大， 室温下：电子处于主能谷 当外电场超过某一阈值时： 电子由主能谷→次能谷，迁移率由大→小， 出现：电场增大，电流减小的负阻效应 体效应（电子转移效应），Gunn效应（1963年）
GaAs晶体生长的两个途径
熔体生长：先合成1:1的化合物熔体然后直
接由熔体中生长其单晶 溶液生长：由某一组分的溶液中生长化合 物晶体（常以III族元素作溶剂）
对Ga-As体系精细相图
GaAs在加热时发生的一些可逆反应 熔体生长的GaAs晶体一般含有较多的Ga空
位
GaAs的物理、化学性质
暗灰色，有金属光泽 其晶格常数随T及化学计量偏离有关，
a（富As）<a（富Ga） 室温下对H2O和O2是稳定的 大气中600℃以上开始氧化 真空中800 ℃以上开始离解 与盐酸×与浓硝酸∨易溶于王水
GaAs的能带结构与Gunn效应
GaAs能带结构和Gunn效应
第六章 III-V族化合物半导体
IIIA元素：B 、Al、Ga、In
VA元素： N、P、As、Sb 组合形成的化合物15种（BSb除外） 目前得到实用的III-V族化合物半导体 GaN GaP GaAs InP GaSb InSb InAs 原子序数之和：由小→大 材料熔点：由高→低 带隙宽度：由大→小
SiO2厚度对半导体器件的电子辐射效应的影响
×
１０ ， ０ ％ Ａ为辐照后 参数 ，。 Ａ 为未辐 照 的参数 。
１ 实验和仪器
１ １ 样品 和辐照条 件 ． 实验所 用 光 电二 极 管 为 自行 制 备 的 样 管。选 用 Ｎ型 ＜１ １＞晶 向硅 衬 底 ， 底 电阻率 为 １ ０ ｎ １ 衬 ００
・ ｍ。采 用离子 注人 和背 面扩 散工 艺形 成 ＰＮ结 。 ｃ Ｉ
不 同钝 化膜厚 度 的光 电二极 管 ， 电流 的衰减 光 存在 明显 差 异 。薄钝 化 的 样 管 在短 波 和长 波 波 段
维普资讯
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６ ５ 体器 ３ ２ （ 张 建 新 ， ：ｉ 度 对 半 导 ４ 件 的 电 子 辐 射效 应 的影 响 等 ＳＯ 厚 （ ０ ０ ０ ０ ０ ０
间波 段 （０ ８ ０ｎ ， ６ ０～ ０ ｍ） ３个样 管的光 电流均 没有 衰
光敏 面表面热 生长 二 氧化 硅作 为钝 化 膜 ， 度分 别 厚
为 ：０ｎ １０ｎ 和 ２０ｎ 对 应 的光 电二 极 管命 ７ ｍ，２ ｍ ０ ｍ，
２０ ０ ８年 １月 １ ８日收 到
减， 保持 了辐照前 的光 电流值 。
２ 实验结果
２ １ 光 电 流 ．
图 １— ３分别 为 ３个 样 管 ａ ｂ ｃ辐照 前后 响应 ，， 率 的对 比。可 以看 出， 电子辐 照后 ， ３种钝 化 厚度样
管 的光 电流 在 整 个 光 谱 中的 衰 减 情 况 。在 短 波 和 长 波阶段 ， 电流都 有 明显 的衰减 。而在光 谱 的中 光
பைடு நூலகம்
１ ０期
０ ５
０ ４
０ ３
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第五章半导体中的光辐射和光吸收
第五章半导体中的光辐射和光吸收1. 名词解释：带间复合、杂质能级复合、激子复合、等电子陷阱复合、表面复合。
带间复合：在直接带隙的半导体材料中，位于导带底的一个电子向下跃迁，同位于价带顶的一个空穴复合，产生一个光子，其能量大小正好等于半导体材料E。
的禁带宽度g浅杂质能级复合：杂质能级有深有浅，那些位置距离导带底或价带顶很近的浅杂质能级，能与价带之间和导带之间的载流子复合为边缘发射，其光子能量总E小。
比禁带宽度g激子复合：在某些情况下，晶体中的电子和空穴可以稳定地结合在一起，形成一个中性的“准粒子”，作为一个整体存在，即“激子”。
在一定条件下，这些激子中的电子和空穴复合发光，而且效率可以相当高，其复合产生的光子能量小E。
于禁带宽度g等电子陷阱复合：由于等电子杂质的电负性和原子半径与基质原子不同，产生了一个势场，产生由核心力引起的短程作用势，从而形成载流子的束缚态，即陷阱能级，可以俘获电子或空穴，形成等电子陷阱上的束缚激子。
由于它们是局域化的，根据测不准关系，它们在动量空间的波函数相当弥散，电子和空穴的波函数有大量交叠，因而能实现准直接跃迁，从而使辐射复合几率显著提高。
表面复合：晶体表面的晶格中断，产生悬链，能够产生高浓度的深的或浅的能级，它们可以充当复合中心。
通过表面的跃迁连续进行表面复合，不会产生光子，因而是非辐射复合。
2. . 什么叫俄歇复合，俄歇复合速率与哪些因素有关？为什么长波长的InGaAsP 等材料的俄歇复合比短波长材料严重？为什么俄歇复合影响器件的J th 、温度稳定性和可靠性？ 解析：● 俄歇效应是一个有三粒子参与、涉及四个能级的非辐射复合的效应。
在半导体中，电子与空穴复合时，把能量或者动量通过碰撞转移给第三个粒子跃迁到更高能态，并与晶格反复碰撞后失去能量。
这种复合过程叫俄歇复合.整个过程中能量守恒，动量也守恒。
●半导体材料中带间俄歇复合有很多种，我们主要考虑CCHC 过程（两个导带电子与一个重空穴）和CHHS 过程（一个导带电子和两个重空穴）。
锗硅异质结双极晶体管空间辐射效应研究进展
第20卷第6期2022年6月Vol.20，No.6Jun.，2022太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology锗硅异质结双极晶体管空间辐射效应研究进展李培1，贺朝会*1，郭红霞2，张晋新3，魏佳男4，刘默寒5(1.西安交通大学核科学与技术学院，陕西西安710049；2.西北核技术研究院，陕西西安710024；3.西安电子科技大学空间科学与技术学院，陕西西安710126；4.模拟集成电路国家重点实验室，重庆400060；5.中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室，新疆乌鲁木齐830011)摘要：异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)具有良好的温度特性，可承受-180~+200℃的极端温度，在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。
然而，SiGe HBT器件由于材料和工艺结构的新特征，其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。
本文详述了SiGe HBT的空间辐射效应研究现状，重点介绍了国产工艺SiGe HBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。
研究表明，SiGe HBT作为双极晶体管的重要类型，普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力，但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。
由于工艺的不同，国产SiGe HBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。
关键词：锗硅异质结双极晶体管；单粒子效应；总剂量效应；低剂量率辐射损伤增强效应；电离总剂量/单粒子效应协同效应；电离总剂量/位移损伤协同效应中图分类号：TN325文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2021443Advance in space radiation effects of SiGe heterojunction bipolar transistorsLI Pei1，HE Chaohui*1，GUO Hongxia2，ZHANG Jinxin3，WEI Jia'nan4，LIU Mohan5(1.Department of Nuclear Science and Technology，Xi'an Jiaotong University，Xi'an Shaanxi710049，China；2.Northwest Institute of Nuclear Technology，Xi'an Shaanxi710024，China；3.School of Aerospace Science and Technology，Xidian University，Xi'an Shaanxi 710126，China；4.National Key Laboratory of Analog Integrated Circuits，Chongqing400060，China；5.Key Laboratory of Functional Materials and Devices for Special Environments of Chinese Academy of Sciences，Urumqi Xinjiang830011，China)AbstractAbstract：：Silicon-Germanium Heterojunction Bipolar Transistors(SiGe HBTs)is a strong contender for space applications in extreme environment on account of its superior temperature characteristics,which can bear extreme temperatures from-180℃to200℃owing to the bandgap grading of heterojunction.Because of new features in material,structure and process,the radiation effects of SiGe HBTs presentcomplex characteristics which are different from those of bulk-Si devices.In this work,the researchdynamics and trends of space radiation effects in SiGe HBTs are introduced,and the radiation effects ofdomestic SiGe HBTs include Single Event Effects(SEE),Total Ionizing Dose(TID)effect,Enhanced LowDose Rate Sensitivity(ELDRS)and synergistic effect are highlighted.The research shows that SiGe HBTnaturally presents favorable build-in TID and displacement damage hardness without any radiationhardening,but the high sensitivity to SEE is a main drawback.Due to the different manufacturingprocesses,the domestic SiGe HBTs experience significant low dose rate sensitivity and are vulnerable tocombined effect of ionizing dose/displacement damage and total ionizing dose on single event effect.KeywordsKeywords：：SiGe heterojunction bipolar transistors；Single Event Effects；Total Ionizing Dose effect；Enhanced Low Dose Rate Sensitivity；synergistic effect of total ionizing dose and single eventeffect；synergistic effects of ionizing dose and displacement damage文章编号：2095-4980(2022)06-0523-12收稿日期：2021-12-30；修回日期：2022-03-21基金项目：国家自然科学基金资助项目(12005159)；强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室开放课题资助项目(SKLIPR2010)*通信作者：贺朝会email:*******************太赫兹科学与电子信息学报第20卷锗硅异质结外延生长技术首次实现了硅基的能带工程，Ge 的引入带来了一系列器件性能的提升[1-3]。
辐射效应中的总剂量效应和单粒子效应
辐射效应中的总剂量效应和单粒⼦效应
总剂量效应 TID
γ光⼦或⾼能离⼦在集成电路的材料中电离产⽣电⼦空⽳对. 电⼦空⽳随即发⽣复合、扩散和漂
移,最终在氧化层中形成氧化物陷阱电荷或者在氧化层与半导体材料的界⾯处形成界⾯陷阱电荷,使
器件的性能降低甚⾄失效. γ光⼦或⾼能离⼦在单位质量的材料中电离沉积的能量称作剂量,单位rad
或Gy.随着剂量的增加,器件性能逐渐降低;当剂量积累到⼀定程度时, 器件功能失效. 因此, 这种现象
称为电离总剂量效应。
对⼀个元器件来讲，有三个参数决定了元器件所受辐射的类型及强度：
1，粒⼦辐射积分通量单位为粒⼦/平⽅厘⽶。
2，剂量率，它表明了单位时间内材料从⾼能辐射环境中吸收的能量，其单位为拉德/秒(rad/s)
3，总剂量，它是材料从⾼能环境中吸收的能量，单位为拉德（硅）（rad/（Si））.
单粒⼦效应
Single event effect，⼜称单事件效应。
⾼能带电粒⼦在器件的灵敏区内产⽣⼤量带电粒⼦的现象。
它属于电离效应。
当能量⾜够⼤的粒⼦射⼊集成电路时，由于电离效应（包括次级粒⼦的），产⽣数量极多的电离空⽳⼀电⼦对，引起半导体器件的软错误，使逻辑器件和存储器产⽣单粒⼦翻转，CMOS器件产⽣单粒⼦闭锁，甚⾄出现单粒⼦永久损伤的现象。
集成度的提⾼、特征尺⼨降低、临界电荷和有效LED阈值下降等会使执单粒⼦扰动能⼒降低。
器件的抗单粒⼦翻转能⼒明显与版图设计、⼯艺条件等因素有关。
SEE 单粒⼦效应
SEL 单事件/粒⼦闭锁 Single Event Latch-up
SEU 单事件/粒⼦翻转 Single Event Upset。
半导体器件抗辐射特性研究及其应用探究
半导体器件抗辐射特性研究及其应用探究随着半导体器件在现代电子技术中的广泛应用，面临的辐射环境也越来越严峻，尤其是在航空航天、核能、卫星等高辐射环境下，半导体器件的抗辐射特性显得极其重要。
因此，对半导体器件的抗辐射性能进行研究和探究，对于促进半导体器件的发展和应用具有重大的意义。
一、半导体器件抗辐射特性研究1. 辐射引起的半导体器件损伤半导体器件在辐射环境中会受到电离辐射和非电离辐射的影响。
电离辐射主要是指高能粒子、中子和γ射线等带电粒子的影响，它们可以激发、电离、断键甚至严重破坏半导体器件中的原子和分子结构；非电离辐射主要是指紫外线、X射线和电场辐射等电磁波的影响，它们通过热效应、绝缘层击穿等方式来影响半导体器件的性能。
辐射引起的半导体损伤主要表现为电性能参数的变化和结构损伤。
其中，电性能参数的变化如电流增大、电压漏失、增益下降等，结构损伤如空隙和缺陷的形成、管子损坏等。
2. 半导体器件抗辐射特性研究方法研究半导体器件的抗辐射特性，实验是其中最为重要的手段。
实验方法包括辐射后退火、快速载流子注入、辐射诱导电子注入等。
其中，辐射后退火实验是比较常见的方法。
该方法是将半导体器件进行一定的辐射后，再进行高温热处理，进而研究器件的性能参数变化。
此外，还可以使用快速载流子注入技术，通过大电流注入来模拟辐射引起的损伤，研究器件损伤後的快速修复和慢性损伤的积累。
3. 半导体器件抗辐射特性研究进展半导体器件的抗辐射特性研究在我国的发展趋势中，日益表现出了两方面：一方面，随着半导体器件在电子、信息技术等领域的广泛应用，对其抗辐射性能的要求不断提高，研究正日益走向深入。
另一方面，伴随着我国航空航天事业的发展，卫星、探测器等高科技产品的需求不断提高。
因此，卫星等高科技产品对于半导体器件的辐射抗性要求更高，研究在这方面的需求也日益增长。
二、半导体器件抗辐射特性应用探讨1. 航空航天领域在航空航天领域，半导体器件所承受的辐射环境相对较为严苛，必须具有高稳定性和较强的抗辐射能力，以保证产品的可靠性。
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增益Gp同γ总剂量的关系
噪声系数N同γ总剂量的关系
GaAs MESFET的中子辐射效应
高能中子同GaAs晶格原子碰撞，使其离开平
衡格点—位移，产生“空位”及“间隙”，由此 引入缺陷中心和陷阱。它们起复合中心作用，使 少子寿命下降；吸收导带的自由载流子，使电阻 率增加；形成附加的电离散射中心，使迁移率降 低。
不同结构LD的抗辐射能力的比 较
类似LED,同质结LD:如GaAs pn结LD,有源区面积大, 阈值电流大,衍射严重,发光效率低,抗辐射能力最低. 单异质结LD: 如GaAs(n)- GaAs(p)- GaAlAs(p+)GaAs(p+)单异质结LD,有源区光增益增加, 阈值电流降低, 抗辐射能力优于同质结LD. 双异质结LD: 如GaAs(n+)- GaAlAs(p)- GaAs(p+)GaAs(p+)双异质结LD, 有源区光增益更增加, 阈值电流大大 减小, 抗辐射能力又优于单异质结LD. 多量子阱LD:具有低的阈值电流, 有源区极薄,量子效率 很高,输出光功率大, 抗辐射能力最优.
Si器件高很多。 用途：自1976年问世以来发展迅速，从微波低噪声放大 器件到微波功率器件，从厘米波到毫米波器件，广 泛用于航天、通信、雷达、电子对抗等各种领域。
GaAs MESFET的总剂量电离辐射效应
由于不存在MOSFET那样的栅SiO2,因此总剂量电离辐射 效应影响较小，很多实验证实， GaAs MESFE的耐总剂 量电离辐射能力可以达到107rad以上。
AlGaAs/GaAs HBT瞬态辐射效应
由于器件的基极宽度极小，器件同瞬态辐 射作用的有效敏感体积很小，即使在高剂 量率辐射时，产生的光电流也很小，因此， 器件具有良好的抗瞬态辐射能力。
光电子典型器件
半导体发光二极管（LED）的概述: 目前已生产的主要是用Ⅲ--Ⅴ族材料,包括 GaAs（红外900-940nm）; GaAsp(近红外-红 外630-900 nm）; Gap（红光700 nm，绿光560 nm）。 也可以用IV-IV族SiC(黄光)及 GaN(蓝光)
Gp 及NF 随 Фn 的关系
下图示出一个典型器件 Gp 及NF随Фn 的关系 适当选择栅压可以得到很高的耐中子辐射能力。
GaAs MESFET瞬态辐射效应
栅下耗尽区及附近的沟道区产 生电子空穴对，在电压作用下 形成瞬时辐射电流. 半绝缘衬底产生附加载流子， 从而形成衬底附加电流。 在掺铬的半绝缘衬底中，铬杂 质形成陷阱能级，陷阱俘获辐 射产生的电子，使衬底带负偏 压，它使沟道区变窄，因此漏 电电流突然下降，这种现象称 为“背栅效应”（见左图）。 瞬态辐射后，被俘获的电子逐 渐释放（几秒至几十秒），漏 电电流逐渐恢复到原始值（见 右图，X辐射，脉冲3ns， E=600KeV，γ`=3.3x1010(Si/s)
总剂量电离辐射效应
总剂量电离辐射主要在探测器表面 及绝缘体产生损伤，例如表面及界面 态增加，绝缘体内产生被俘获的电 荷，导致半导体表面反型产生漏电电 流。 对于PC探测器上述影响较小，右上图示 出中波红外HgCdTe PC探测器的响应度同 总量的关系，经 1.5x104 Gy 总剂量 辐照后，器件灵敏稍有变化。 右下图示出短波红外 HgCdTe PV 探测器的 光响应度在 1x103 Gy 总剂量辐照前后的 频率响应曲线。虽然辐照后表面产生反 型，导致器件有效面积增加，增加了光响 应，但是其漏电电流增加了，这是不希望 的。
GaAs MESFET的DLTS谱
下图示出GaAs MESFET的DLTS谱随中子辐射注量的变 化。经Фn=3x1015n/cm2及Фn=1x1016n/cm2辐照以后，形成 了二个窄峰：U带（240K）及EL2（375K）。这些陷阱可 造成载流子的去除（ND）下降。
ND 同Фn 的关系
ND＝ND0[1－（β/ND0）Фn] ND0为辐射前的载流子浓度，β为损伤系 数,适当提高沟道外延层的掺杂浓度ND ， 可以提高GaAs MESFET的抗中子能力。
右图给出PV及PC InSb 红外探测器经14MeV中 子辐照引起的效应。以 信号电压下降10%的中 子注量作为失效阈值， PV器件其值为5x1011 n/cm2 , PC器件其值为 9x1012n/cm2.
中子辐射照效应（2）
右图示出PV及PC InSb 红外探测器相对 信号电压同噪声之比 同中子流量的关系。 PC器件优于PV器件,原 因是PC为多子器件， PV为少子器件，少子 寿命的下降对PV影响 更大。
LED的发光效率
LED加正向电压时，辐 射复合过程同非辐射复合 过程处于竞争中. 量子效率 η=Rr/R=Τnr/(Τnr+Τr) 式中Rr，R分别为辐射复 合率及总复合率，Τnr为无 辐射复合寿命，Τr为辐射 复合寿命。
LED结构对抗辐射性能的影响
同质结LED，由于发光区较宽（p-n结附近5-10µm ）,中 子辐照后产生陷阱多，无辐射复合合寿命Τnr 显著降低， 量子效率η降低也大。 双异质结LED，例如下图，InGaP双异质结LED, 发光区 仅为本1.5µm，,中子辐照上述影响较小，因而抗辐射能力 有所提高。量子阱LED，发光区由极薄量子阱厚度 （100nm）决定，其抗辐射能力大大提高。 例子：GaAlAs量子阱LED,中子注量1.5x1013 /cm2 辐照后 光输出功率仅减少2.5%左右，中子注量1.5x1014 /cm2 辐照 后，光输出功率减少35%左右。
瞬态电离辐射效应（1）
右图示出低剂量率 下，量子阱激光器输 出功率明显增加，原 因：瞬态光电流增加 了有源区载流子注入， 此外电离辐射在量子 阱内产生的过量载流 子复合也发射光子， 二者对增加光输出功 率均有贡献。
瞬态电离辐射效应（2）
右图示出 量子阱激光器 在高剂量率下输出功率的 影响，此时输出功率明显 减小。其原因是：高剂量 率下在结构内产生过量载 流子密度达到或超过了半 导体掺杂浓度使载流子复 合率降低，同时引起折射 率下降，增加了腔内光损 耗。
半导体激光器的辐射效应
辐射对激光器的影响主要是阈值电流增 大，输出功率下降。 其机理同LED类似，辐射在半导体材料 中造成缺陷，使非辐射复合寿命下降，从 而使量子效率 下降，阈值电流上升。
中子辐射效应的例子
右图示出一个GaAs 基的中功率激光器 (Pout=200mW)的中子辐 射效应. 中子注量为 1013n/cm2时阈值电流 变化2%左右, 中子注量 为1014时阈值电流变化 35%, 中子注量为 1015n/cm2时阈值电流 变化50%.
LED的中子辐射效应
中子辐射使非辐射复合率 增加，而辐射复合率相对 影响较小，由此使发光效 率下降。 右图示出SiC LED的中子 辐射效应。在低工作电压 下，中子注量引起的 LED 损伤较小，在高工作电压 下，发光强度有所减小， 在高温下减小，更为明显。
GaAs基LED的中子辐射效应
近红外的GaAs LED在7x1015n/cm2辐照后，光 输出功率减少50%， GaAsP LED在1013n/cm2-1014n/cm2辐照后，光输 出功率减少50%，。 光输出功率的退化可用下式表示： PL（Ф）＝PL（0）/(1+KTФ)1.5 PL（0）-中子辐射前的光输出功率 PL（Ф）-中子辐射后的光输出功率 KT-中子辐射损伤常数
AlGaAs/GaAs HBT的总剂量辐射效应
由于不存在MOS管中的 栅SiO2，同时基区可采用 高掺杂浓度，因而 AlGaAs/GaAs HBT有很好 的总剂量加固特性。 右图示出 AlGaAs/GaAs HBT总剂量辐照前后器件 的电流增益 hFE 同集电极 电流密度的关系。辐照后 hF最坏从132下降至120， 而在小电流范围， hF 基本 不变。
LED工作原理
在LED上加一正向偏压，降低n区同p区 之间的势垒，产生少子注入。电子从n到p， 空穴从p到n，在p-n结附近数微米内在P区及 n区内均有电子同空穴的复合，产生自发辐 射—发光。直接带隙具有高的发光效率适 于制作LED，某些间接带隙半导体，可通 过适当掺杂形成发光复合中心也可提高发 光效率。
AlGaAs/GaAs HBT的中子辐射效应
中子辐射使 E-B 异质结内的复合增加，从 而使HBT的 hF 有所下降。下图示出 Al GaAs/GaAs HBT的 hF 同中子注量的关 系。 在 1.3x1014 /cm2 中子注量辐照后，高 hF 器件的 hF 降低了25%，而低 hF 器件hF 仅 降低了7%。结果反应器件具有较好的耐中 子辐射能力。
不同LED中子辐射损伤常数 KT
LED的总剂量电离辐射效应
下图示出二种 GaInAsP DH-LED的总剂 量电离辐射效应.二种器件的60C0γ总剂量电 离辐射效应基本接近,经106Gy总剂量电离辐 射,光功率输出稍有变化,具有很高的耐总剂 量电离辐能力.
半导体激光器（LD）的结构及工作特点
半导体激光器的结构类似于LED,同LED的自发 辐射产生较宽光谱的光不同，激光器的光由受激辐 射产生，其光谱窄，相位一致 ，有偏振方向，同 时光输功率大。 激光器的输出功率Pex 用下式表示： Pex= ηiVj[ln(1/R1R2)(I-Ith)]/ [2aiL-ln(1/R1R2)] 式中: ηi为量子效率, R1,R2为腔面反射率,L为腔长, ai为材料的吸收系数, Vj为正向压降,I为工作电流, Ith 为发光的阈值电流.
AlGaAs/GaAs HBT的结构及优点
异质结双极晶体管由 宽带隙（例如Eg=1.8ev） 的AlGaAs作发射极,窄 带隙的 GaAS(Eg=1.43ev)作基 极。在发射极—基极 处产生带隙差ΔEg。 （例如ΔEg=0.37ev）。 结构见右图。
异质结双极晶体管的电流放大系数 β
异质结双极晶体管的电流放大系数 β可用下式表示： β=(Ne/P=)(νnb/νpe)exp(ΔEg/KT) Ne，Pb分别为发射区及基区多子浓度 νnb，νpe分别为在发射区及基区的平均速度， 对于同质结双极晶体管，ΔEg=0，β主要由Ne/Pb决定, β要大，Ne必须 》Pb。 对于异质结双极晶体管，β主要由ΔEg决定，Pb可以》Ne， 仍可得到大的β。当Pb大了以后，基区电阻下降，同时Ne 减小，降低发射极电容，最终提高了晶体管的工作频率并 降低晶体管的低噪声。