Как радиация "убивает" электронику и почему?

Под словом "радиация" подразумевается ионизирующее излучение. Гамма-кванты, электроны высокой энергии (начиная с десятков кэВ), альфа-частицы, нейтроны, протоны... Когда такая частица высокой энергии попадает в полупроводник, она оставляет за собой "след" из атомов, которым она передала часть своей энергии. Энергия при этом передается в основном электронам, которые переходят в зону проводимости и становятся свободными, а атом становится положительным ионом - дыркой. Таким образом в полупроводнике появляются дополнительные неосновные носители и возникают такие неприятные явления, как рост обратных токов и фото-ЭДС на p-n переходах. В зависимости от уровня радиации и характера схемы это может приводить к росту шумов аналоговых схем, снижению их точности, сбоям в цифровых устройствах вплоть до отказов.
Тут следует различать гамма-излучение, вызывающее общий рост токов утечки в пределах всего кристалла, и локальные эффекты, возникающие в окрестностях ионизационного трека сильноионизирующих частиц, таких, как протоны высокой энергии (основной компонент космических лучей за пределами атмосферы). Такие частицы вызывают образование множества носителей в малом объеме, вызывая локализованные сбои в цифровых и вычислительных устройствах, искажающие память и состояние процессора и вызывающие необходимость его перезапуска, а также способные вызвать ситуации, опасные физическим разрушением электронных компонентов.
Одна из таких ситуаций - тиристорный эффект. В интегральных схемах с изоляцией p-n переходом обычно имеется множество паразитных структур типа pnpn, часть из них включена параллельно источнику питания. Такая структура представляет собой тиристор: при инжекции носителей (в том числе и вследствие радиационного воздействия) в базу одного из ее транзисторов она лавинообразно открывается и проводит ток, пока не будет снято напряжение, поддерживая саму себя в открытом состоянии. Это приводит к короткому замыканию по питанию, резкому росту потребляемого тока и разогреву с последующим разрушением кристалла микросхемы.
Фатальные сбои могут возникать и из-за нарушения логики работы схем, управляющих мощными токовыми ключами: сквозные токи при одновременном открытии верхнего и нижнего ключей, "зависание" ключа в открытом состоянии и другие ситуации.
Описанные эффекты, несмотря на свою способность приводить к фатальным последствиям, сами по себе обратимы. Существуют и необратимые радиационные повреждения, накапливающиеся пропорционально дозе. Возникают они вследствие того, что энергия, передаваемая атому, оказывается достаточной, чтобы "выбить" его со своего места и вызвать образование френкелевской пары - вакансии и атома в междоузлии. Накопление этих дефектов приводит к падению подвижности носителей и повышению концентрации неосновных носителей, что необратимо ухудшает параметры полупроводниковых структур. Кроме того, такие "выбитые" атомы размывают тонкие, нанометрового масштаба, детали полупроводниковых структур, что также приводит к снижению их характеристик. Особенно это касается слоев подзатворного диэлектрика МОП-транзисторов, диффузия атомов кремния в которые ведет к росту утечки и вероятности пробоя.
Необратимые изменения вызывают и ядерные реакции, возникающие при облучении нейтронами и высокоэнергетическими частицами ГэВного и выше масштаба энергии. Они приводят к паразитному легированию полупроводника.