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この項目の情報は公開日時点(1995年2月14日)のものです。
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図面 (4)

目的

ガンマ線暴露されるMOS素子を有する回路の動作期間を延長する。

構成

回路を形成する幾つかの同じ系(10a、10b、10c)を使用し、各系を交互に導通させる。

概要

背景

ガンマ線MOS素子電子回路劣化させるが、その主な効果は電子正孔対を発生することである。これら電荷素子内に蓄積して電弧を生じ、素子を破壊する可能性がある。

別の形式放射線に耐えるように特に作られた回路が知られている。これら回路の素子はSOSシリコンオンサファイア)として知られている絶縁基板上に作られている。しかし、これら回路は、宇宙用または用に作られているのであるが、入手し難く、その価格は標準的技術で作られた同等の回路の価格よりおよそ100倍高い。その他、MOS/SOS回路の範囲は限られており、しかも多くの場合提案されている回路の性能特性は従来の回路のものより劣っている。

最後に、MOS/SOS技術に基いて作られた回路は、パルス型の強いガンマ線から生ずる内部短絡を防ぐように、ラッチアップ効果に耐えるように特に開発されてきたものである。

概要

ガンマ線に暴露されるMOS素子を有する回路の動作期間を延長する。

回路を形成する幾つかの同じ系(10a、10b、10c)を使用し、各系を交互に導通させる。

目的

100kradの蓄積ガンマ放射線量しきい値を超えて完全に満足な動作を保証することは正常使用条件下で働くことを目的とする民生核用途のMOS回路では標準の仕様である。

本発明はこれら種々の短所を除去することを目的とする。本発明は、最も穏当な価格レベルで且つ標準のMOS素子を用いて、100kradの蓄積ガンマ放射線量しきい値より下で、および一定の素子についてはこのしきい値より上でさえも、回路の満足な動作を保証することを可能とするものである。

効果

実績

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請求項1

ガンマ線暴露されるMOS素子を有する回路の動作期間を延長する方法において、回路は少くとも二つの同じMOS素子系(10a、10b、10c)を備えたものであり、前記回路を構成する各系を交互に所定期間導通させることから成り、導通期間は当該系が完全に劣化するしきい期間より短く、遮断されている各系は残余の回路からも分離されていることを特徴とする方法。

請求項2

系の導通への切替ごとに、現用系と前に現用だった系との間で情報交換を行うことから成ることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項3

情報交換は現用期間が重なっている間に行われることを特徴とする請求項2に記載の方法。

請求項4

情報交換は交換すべき情報を中間記憶装置(32)に書込み、次いで前記記憶装置(32)にまさに導通したばかりの系で読出すことにより行われることを特徴とする請求項2に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、ガンマ線暴露されるMOS素子を有する回路の動作期間を延長する方法に関する。更に詳細には本発明は、核所在地原子力発電所再処理施設など)での介入に使用されるロボットを制御し、これに命令を与えるための、MOS素子(金属酸化物半導体)および特にCMOS素子相補型MOS)を有する回路に適用される。

背景技術

0002

ガンマ線はMOS素子電子回路劣化させるが、その主な効果は電子正孔対を発生することである。これら電荷素子内に蓄積して電弧を生じ、素子を破壊する可能性がある。

0003

別の形式放射線に耐えるように特に作られた回路が知られている。これら回路の素子はSOSシリコンオンサファイア)として知られている絶縁基板上に作られている。しかし、これら回路は、宇宙用または用に作られているのであるが、入手し難く、その価格は標準的技術で作られた同等の回路の価格よりおよそ100倍高い。その他、MOS/SOS回路の範囲は限られており、しかも多くの場合提案されている回路の性能特性は従来の回路のものより劣っている。

0004

最後に、MOS/SOS技術に基いて作られた回路は、パルス型の強いガンマ線から生ずる内部短絡を防ぐように、ラッチアップ効果に耐えるように特に開発されてきたものである。

発明が解決しようとする課題

0005

核分野に関する民生用では、回路はガンマ線放射が非常に強いとき最大有害とはならないラッチアップ効果にではなく、ガンマ線の連続放射に耐えることができなければならない。

0006

100kradの蓄積ガンマ放射線量しきい値を超えて完全に満足な動作を保証することは正常使用条件下で働くことを目的とする民生核用途のMOS回路では標準の仕様である。

0007

本発明はこれら種々の短所を除去することを目的とする。本発明は、最も穏当な価格レベルで且つ標準のMOS素子を用いて、100kradの蓄積ガンマ放射線量しきい値より下で、および一定の素子についてはこのしきい値より上でさえも、回路の満足な動作を保証することを可能とするものである。

課題を解決するための手段

0008

本発明による方法は、既知物理現象に基いている。
1)MOS素子は現用でないときはガンマ線のもとであまり急速に劣化しない。
2)MOS素子は照射後その元の特性を部分的にまたは完全に回復することができ、その回復は時間および温度の関数である。

0009

本発明による方法は、本発明人が観察した予期しない現象活用している。ガンマ線に暴露されてはいるが、死んでいるすなわち遮断状態にあるMOS素子は、現用すなわち導通していたとき劣化してからその元の特性を部分的にまたは完全に回復することができる。

0010

本発明による方法は、MOS素子を有する幾つかの同じ系を使用することを勧めている。それらの系は交互に導通に切替えられる。それらの系の一つが現用であるとき、他のものは死んでおり、したがってその元の特性を回復することができる。したがって、各系の寿命を伸ばすことが可能であり、すべての系により形成された回路は長期間その機能を遂行する。

0011

更に詳細には、本発明は、ガンマ線に暴露されるMOS素子回路の動作期間を延長する方法に関する。この方法は、MOS素子を有する少くとも二つの同じ系を組込んでいる回路が、該回路を構成する各系を交互に所定期間導通させることから成り、導通期間は当該系が完全に劣化するしきい時間より少く、各現用系残余の回路から分離されていることを特徴とする。

0012

系という用語は、絶縁素子または集積回路の一部から多数の素子により構成される複雑な手段にまでわたる範囲を意味するものと理解する。幾つかの系で構成されるこのような回路の動作期間は、ガンマ線放射のもとで、分離されている当該各系の動作期間の和より大きい。

0013

有利なことに、導通時間は系が完全に劣化するしきい時間より短い。しきい時間は系および系が暴露される線量の割合によって決まる。線量の割合が低ければ線量の割合が高いときよりも系の劣化が大きくなることがわかっている。

0014

線量割合が高ければ多数の電子正孔対が発生することになり、存在する電荷の再結合の確率が大きい。しかし、線量割合が低い場合には、再結合の確率は少く、電荷蓄積を生じ、内部の破壊的電弧を形成することになる。

0015

すべての場合に、系を遮断すればしきい時間が経過する前に元の特性を一層完全に回復することが可能になる。遮断される系は残余の回路からも分離され、電荷が不時に交換されないようになる。

0016

方法の変形によれば、系の導通ごとに、現用系と前に現用だった系との間で情報交換が行われる。この変形はマイクロプロセッサまたはマンクロコントローラのような複雑な系に実質的に関係している。有利な実施例によれば、異なる系の動作期間は重なっている。したがって、その動作段階終りに、系は獲得した情報または処理した情報をまさに導通したばかりの系に伝え、これにより全体としての動作の連続性が確実に可能になる。

0017

他の実施例によれば、現用系は伝達しなければならない情報を記憶装置書込むことができ、この情報は次の系が導通すると直ちに読出される。

0018

本発明について次に非限定的実施例および付図に関して一層詳細に説明する。図1は本発明による方法を遂行するMOS素子を有する回路を図式に示している。この回路はたとえば原子力発電所での介入ロボットの変位および動作を制御することができる。このようなロボットはガンマ線に暴露される区域で働く必要がある。

0019

図示した回路は三つの同じ系、すなわち三つのマイクロコンピュータ10a、10b、10cを備えており、各々はたとえばRCAから市販されているCDP68EMO5C4型マイクロコントローラから構成され、Harrisから市販されているHM1 6617−9型のPROMに接続されている。

0020

これらマイクロコンピュータ10a、10b、10cの各々は母線12を経由してアクチュエータ(個々には図示してないが、文字Aの記号で表わしてある)とのインターフェースを有する第1および第2のモジュール14、16に、およびセンサ(個々には図示してないが、文字Sの記号で表わしてある)とのインターフェースを有する第1および第2のモジュール18、20に接続されている。

0021

アクチュエータとのインターフェースを有する第1のモジュール14は並列論理出力を備えており、たとえば電磁弁形式のアクチュエータを制御することができる。アクチュエータとのインターフェースを有する第2のモジュール16はアナログ出力を備えており、電動形式のアクチュエータ、たとえばジャッキ、を制御することが可能である。

0022

センサとのインターフェースを有する第1のモジュール18は並列の論理入力を備えており、たとえばスイッチ形式のセンサと接続することができる。センサとのインターフェースを有する第2のモジュール20はアナログ入力を備えており、たとえば線量割合、温度、超音波遠隔センサ形式のセンサに接続することができる。

0023

母線12は外部通信モジュール22にも接続されており、無線伝送またはケーブル接続により、図示してない中央コンピュータに接続することができる。供給シーケンサ24、たとえば電動カム装置は一方で電源26に接続されており、他方でマイクロコンピュータ10a、10b、10cの各々に接続されている。このシーケンサは各マイクロコンピュータを交互に導通させることが可能である。スイッチを形成しているインターフェースモジュール28は、それが接続されているマイクロコンピュータを、当該マイクロコンピュータが遮断されると、回路の残部から絶縁することができる。

0024

図2はモジュール28に使用することができる既知のスイッチを図式的に示している。このようなスイッチは母線12の各線に、およびマイクロコンピュータの各ポート図2では10と記してある)に接続されている。

0025

このスイッチは主として、たとえば「飽和閉塞」的に動作する2N2222型トランジスタにより構成されている。当該マイクロコンピュータ10のポートは点Pでトランジスタ30のベースに接続されている。トランジスタのコレクタは、シーケンサ24に接続されているが、たとえば100kΩの抵抗R1を横断して点Pに接続されている。トランジスタのエミッタは、母線12に接続されているが、たとえばThomsonから市販されているBAT48型のダイオードDにより点Pに接続されており、たとえば4.7kΩの抵抗器R2と直列に接続されている。

0026

電源がシーケンサ24により中断されると、各スイッチは個別に入出力ポートを当該マイクロコンピュータから分離する。図3を参照して今度は、マイクロコンピュータ10a、10b、10cに対する供給シーケンスを示すことになる。シーケンスM1、M2、M3はそれぞれマイクロコンピュータ10a、10b、10cに関係している。代って、各マイクロコンピュータは、たとえば4Vで、所定期間導通する。この導通期間は使用する素子によって決まる。この値は、使用する素子が暴露されるガンマ線により完全に劣化する、あらかじめ試験で決められた、しきい持続期間より小さい。各供給期間はたとえば10mn継続することができる。

0027

図3はシーケンスM1、M2、M3の供給期間が重なっている(斜線を施した区域)ことを示す。二つのマイクロコンピュータが同時に現用となるこの期間中に遮断されようとしているマイクロコンピュータとまさに導通したばかりのマイクロコンピュータとの間で情報交換および指令転送図3では矢印で示してある)が可能になる。これにより回路で制御されているロボットの動作の連続性が確保される。

0028

図1に戻って、点線は供給期間の重なりに頼る必要なしに情報交換ができるようにする母線12と接続された記憶装置32を示す。その動作期間中に、マイクロコンピュータは伝送すべき情報を記憶装置32に書込む。マイクロコンピュータがサービスに入るや否や記憶装置32に入っている情報を読出すので、命令およひ制御の動作が継続する。読み書き時間は前記動作を実質的に連続させるのに充分な程短い。

0029

500rad/hの線量割合では、図1に示す形式の回路(記憶装置32が無いが、供給期間の重なっている間指令の転送が行われる)は100kradを超える蓄積線量(試験中には160kradが得られたが、140kradが再現可能に得られる値である)に対して動作することができるが、連続的に使用するマイクロコンピュータは同じ照射条件下で20kradに達することができない。

0030

今まで記した回路は非限定的実施例として示したに過ぎない。特に、同じ系の数(この場合には三つのマイクロコンピュータ)は選択した素子の関数として変ることができる。系の数を系ごとに必要な回復時間を超えて増すことも無意味である。

0031

本発明の他の変形も可能である。たとえば、供給期間の接続時間は必ずしも一定ではなく、回路が暴露される線量割合の関数として変ることができる。各期間の持続時間は線量割合が増大すれば短くしなければならない。この変形では、センサが線量割合を測定することが可能である。センサにおよびシーケンサに接続されている制御装置は供給期間の持続時間を測定値の関数として与える。この場合には、シーケンサは供給期間を可変にすることができるように選択しなければならない。

0032

本発明による方法は、電気を供給せずに予備照射試験を行ってから、その元の特性を比較的急速に、20℃の温度で回復することを示すすべてのMOS素子に好適に適用される。

0033

本発明による方法は、NMOS、RMOS、CMOS、およびHCMOSのような、どんな形式のMOS素子を用いても行うことができるが、またACMOS形式の論理回路を用いても、またCMOS/SOS形式の素子でも行うことができる。

図面の簡単な説明

0034

図1本発明による方法を行う回路を図式的に示す。
図2電子的構成をスイッチの形で図式的に示す。
図3図1の回路に対する供給シーケンスを図式的に示す。

--

0035

10a、10b、10cマイクロコンピュータ
12母線
14、16、18、20、28インターフェースモジュール
22外部通信モジュール
24シーケンサ
26電源
32記憶装置
Aアクチュエータ
S センサ

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