輻射電離效應

具有一定能量的輻射，由於光電效應、康普頓效應、正負電子對效應或輻射粒子的碰撞，都可以把中性原子或分子上的電子激發或碰撞出來成為自由電子。失去電子的原子或分子成為荷正電荷的離子,就產生了電子-空穴對；自由電子能量足夠時，會碰撞材料中其他中性原子或分子而產生新的電子-空穴對。一般荷電粒子穿過各種物質,只要損失大於30電子伏的能量，就能產生一對電子－空穴對。這些過剩的電子－空穴對是造成電離損傷的主要來源 ^[1]  。

電離效應對於金屬的影響不大，因為金屬導帶中的電子和空穴的能態本來就很多，電離後增加的數目不足以影響其電學性能的變化。對於半導體和絕緣體，電子從價帶躍遷到導帶，其電學性能、化學性能和物理機械性能都會受到影響。

小劑量的穩態輻照產生累積電離損傷效應，大劑量率的脈衝輻照產生瞬時效應。絕緣或充填材料除了累積電離損傷效應外，也產生瞬時電離損傷效應，即感生電導率的變化，在核爆炸條件下這種效應十分重要。一般有機絕緣材料在電離輻射條件下會裂解變色、發脆、機械強度和絕緣性能下降。電離效應對於半導體器件的影響，主要是形成瞬時光電流和表面效應。

半導體器件在電路中輻照生成的電子-空穴對,在偏壓和濃度梯度的作用下運動，穿過界面形成光電流，穿過一個PN結的電流稱為初始光電流，穿過雙結的電流稱為二次光電流。光電流的大小與輻照類型、劑量率有關，也與器件的物理特性、外部電壓和阻抗有關。一般晶體管在輻照劑量率約為107拉德/秒,脈衝寬度約為100納秒的條件下，會產生顯著的光電流（毫安級）。這種附加的光電流會影響電路的正常工作，嚴重的可以擊穿或燒燬器件，在微電路中出現閉鎖，造成間接永久損傷效應。

表面效應是指電離輻射在半導體器件表面的氧化層中產生電離的影響。輻射在氧化層中產生的電子－空穴對，在偏壓的作用下，電子比空穴的漂移速度大，電子越過界面流入半導體（負偏壓）或金屬(正偏壓)中，留下的空穴在氧化層中建立起正電荷。另外，電離輻射在半導體和氧化層界面附近產生複合中心和陷阱中心。陷中心叫做界面態，能與半導體的導帶或價帶迅速交換電荷，所以也叫電荷轉移效應。實驗表明，界面態分佈在界面到氧化層中50埃的範圍內。陷阱中心俘獲電子或發射電子所需時間與陷阱距界面的距離成指數關係。輻照後，電導恢復時間很長，所以這種損傷變化又叫做半永久效應。 　正電荷和界面態改變了半導體表面特性，使電位發生變化。近表面處反型，構成導電的溝道，影響表面複合速度，使雙極晶體管的增益下降,反向漏電流增大,結電容增大,使金屬-氧化物-半導體器件的C-V特性和轉移特性漂移。 　此外，電離輻射還會引起化學效應，電離對電子材料能起催化劑的作用，改變材料的分子結構，引起化學變化，影響電子材料的電學性能。