Uzay Radyasyon Çevresini Anlamak

Uzay ortamı, güneş patlamalarından ve koroner kütle ejeksiyonlarından gelen sürekli bir flore sunar ve galaktik kozmik ışınları yarı iletken cihazlara karşı ciddi tehditler ortaya koyar.Bu radyasyonlar, üç birincil kaynaktan oluşur: Van Allen kemerlerinde sıkışık parçacıklar, güneş lekeleri ve koroner kütle ejeksiyonlarından gelen hava kirliliği olayları ve galaktik kozmik ışınlar, güneş ışınlarından kaynaklanan her kaynak, enerjik atomlar, elektronlar, alfa parçacıkları ve ağır iyonlar için.

Radyasyon kaynaklı etkiler üç ana mekanizmaya ayrılmıştır: toplam iyonize doz (TID), yerinden edilme zararları (DD), ve tek kaynaklı etkiler (SEE). Enerji birikiminden elde edilen atomlar, çiftleşme ve arayüz halindeki sorumluları oluşturan kusurları yaratmak, çiftliği ve kesişimlileri artırmak, taşıyıcıları azaltmak için kalıcı olmayan hasarlar (DDD) olarak da adlandırılır.

Bu etkilerin ayrıntılı bir şekilde anlaşılması, uygun sertleştirme yaklaşımları seçmek için önemlidir. Örneğin, TID sertleştirme, düşük Dünya yörüngesinde CMOS dijital mantık için kritiktir, SEE, hassas anılar ve güç için hakimler dikkate alındığında, maliyete karşı denge sağlayan gereklilikleri belirlemek, güç ve performans kısıtlamaları gibi özellikle de optoelektroniklere bağlıdır.

Radyasyon için Anahtar Stratejileri

Malzeme Seçimi ve Altstrate Engineering

Yüzeysel olmayan malzemelerin iç içe geçmiş radyasyon toleransı yaygın olarak değişir. Geleneksel toz silikonu hem TID hem de yerinden edilme zararlarına karşı hassastır, ancak gelişmiş substrat seçenekleri önemli ölçüde esneklik sağlar.It makes SOI-CMOS natural more sensitive to single-event (SOI) technology[FLT]

Epit aksiyel tabakalar kontrollü doping profilleri ve defekt yoğunluğu daha fazla hasar algılanabilir. Örneğin, yoğun bir şekilde yapılmış bir substratı kullanarak, iyon grevlerinden toplanan şarj miktarını azaltır. Benzer şekilde, korelasyonel lattice sabitleri ile ilgili substratlar üzerindeki epit aksiyel tabakaları da ilk dislokasyon yoğunluğunu azaltır, aksi takdirde radyasyon kaynaklı bir kusur için siteler olarak hizmet eder.

Cihaz Geometrisi ve Layout Teknikleri

Bireysel transistörler hem TID hem de SEE etkilerini azaltmak için optimize edilir.ETHFLT:0)Enclosed-layout transistörleri (ELT)), ayrıca kenarsız veya annular-gate MOSFETs olarak da bilinir, ince kapı oksit bölgeleri TID maruz kalmalarından sonra yayılabilir.)

Diğer düzen stratejileri şunları içerir:0) FinFET gibi aşırı devreler (fin alan-sonuçlu) mevcut yolları dağıtıp yerel yerinden edilme hasarlarının etkisini azaltır ve ) kritik analog devrelerde ve transistörler) gibi birçok bağlantıya sahiptir[Döneticileri (fin alan-dönüşümlü transistörler) Bu hassas hacim ve daha iyi elektrostatik kontroller için kullanılabilir.

Devre ve Sistem-Level Harding

Bireysel cihazlar, devre mimarisi ve hata düzeltme programları genel sistem güvenilirliğini artırır.ETHFLT:0)Triple modüler redüpsiyon (TMR)), üç kez kritik mantık ve çıktı üzerinde oy verir, böylece tek bir yol maskelenir. TMR, genellikle tek kullanımlık güvenlikli kapı dizileri (FPGAS) ve devlet makineli kontrolleri ile ilgili kodları kaydetmek için standarttır.

Analog ve karışık devreler, yüksek çözünürlükteki düğümlerden daha az hassastır. [FONTD][/FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=S=S=S=D=FONT=S FONT=FONT=S=S=STR=S FONT=SNT=STR=S=S=SNT=S=S=S=S=STR=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=S=SNT=S=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=S=S=S=S=S=D=S=D=D=D=D=D=D=D=SNT=D=D=S=S=S=S=S=S=S=S=S=SFONT=

Fabrication Processes

Epit aksiyel Büyüme ve Doping Profilleri

Modern rad-hard yapım süreçleri kontrollü kalınarak tabakaları oluşturmak için optimize edilmiş epit aksiyel büyümeden faydalanıyor, doping konsantrasyonunu ve defekt yoğunluklarını azaltır. Epit aksiyel tabakalar hassas bir kesintiye maruz kalma alanının hacmini azaltır, taşıyıcılar için daha az olasılıkla, hassas bir şekilde toplanabilirler, tam olarak tek kullanımlık parçalardan elde edilenler için, bu stabiliteyi artırırlar.

Silikon-on-Insulator (SOI) ve Silikon-on-Sapphire (SOS)

FDI teknolojisi, uzay için rad-hard ASICs temel taşı haline geldi.InFLT:0) Bu efekt, yüksek çözünürlükte kullanılan bir yüksek çözünürlükte (FONT)[FONT)[FONT-I)[FONT-FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=I)[FONT-FONT=FONT=I)[FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=S))[değiştir | kaynağı değiştir]

Geniş-Bandgap yarı iletkenleri için özelleştirilmiş İşleme

RFS ve GaN cihazlarının rad-hard uygulamaları için dikkatli bir şekilde kristal kusurları ve arayüz kalitesi kontrol gerektirir.HED:0)SiC MOSFETs), SiC tabakalarının ve yüksek sıcaklık iyonunun büyümeleri ile elde edilir, bu da güvenilir bir arayüz tuzağına sahiptir.

Rad-Hard yarı iletkenlerinin test ve Kazanılanı

Toplam Ionizing Dose (TID) Test

Uzay için yarı iletken bir test, MIL-STD-883 Yöntemi 1019 veya ESA / SCC Temel Tedavisi No. 22900. TID testi, cihazlara bir kumar radyasyon kaynağına maruz kalma, genellikle Cobalt-60, kontrol edilen doz oranı genellikle 10 ve 300 arasında - (Si) /s. Düşük seviyeli bir duyarlılık için, ikinci dozda ek testler lineer bipolar devreler için yapılır. Anahtar radıyönemli parametreler -skanlık parametreleri - mevcut, kazanım, ve osilatör frekansı arasında - doğrulayıcı veya test için gerekli olan 100 basamaklı işlemden sonra, doğrulayıcılık testi içerir.

Tek- Event Effects (SEE) Test

SEE testi, 720pton, xenon veya argon gibi belirli enerji transferleriyle (zegenler) oluşan ayrı enerjiler için, yüksek çözünürlükte ısıtılmış bir şekilde kontrol edilen veya yüksek çözünürlükte bulunan bir çalışmadır.

Endüstri Standartları ve Sertifikaları

Birkaç doğrulamalı hidroksi-hard bileşeni standartlar ile kullanılabilir: 0 (Çalış V) ) QML (Qualified Machinery List) yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte, ve DÖRDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜye Olmayanlar İçin Özelleştirmeler (COTS) bazı durumlarda, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanılan bazı değişiklikler yapılır.

Mevcut Teknolojiler ve Ticari Teklifler

Rad-Hard Micronetler ve Süreçtörler

Birkaç satıcı, PowerPC mimarisine dayanarak, yüksek performanslı bir işlemciye sahip olan ve yüksek çözünürlükte 200 krad (Si) TID ve ağırlama (CFLT) ile daha düşük performansa sahip olan bu yüksek performanslı işlemciler için oldukça yüksek bir seçimdir.

Rad-Hard FPGAs ve non-Volatile Memory

Alan programlanabilir kapı dizileri, tek yönlü rekonferasyon için esneklik sağlar.)[MİLMİŞ-FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=3}I=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=S AND FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=SRE=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=I=I=FONT=FONT=I=I=I=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT

Rad-Hard Power Electronics ile SiC ve GaN

Geniş bantlı cihazlar geleneksel silikon gücü MOSFET'leri değiştiriyor ve yüksek verimsiz güç dönüştürücüleri için IGBTs. SiC MOSFETs from Cree/Wolf speed ve <>GeneSiC, itercX'ten 650 V'ye kadar güçlü ve güçlü dönüşüm programlarına kadar uzanan yüksek performanslı kontroller için ticari olarak kullanılabilir.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Performans, Güç ve Maliyet

Gelişen birincil zorluklardan biri, yüksek performansa güç verimliliğini veya şişirme maliyeti olmadan ulaşır. Denser process düğümleri (örneğin, 7 nm, 5 nm) hız ve entegrasyon avantajları sunar, ancak ince kapı oksitleri ve tedarik gerilimleri için dikkatli bir şekilde optimize eder.[değiştir | kaynağı değiştirilen transistörler ve muhafız halkaları, artan alan ve maliyetle donatılabilir.

Yeni Malzemeler ve Heterojen Bütünleşme

Future araştırma, yüksek termal iletkenlik ve yerinden edilme zararları için aşırı ısıtıcı dirençleri için [Düzücükler) ile ilgili olarak, ancak monoksit elması azaltımının üretimi zor kalır.[/FLT:3)) .[Mlybdenum disfide (MoS2) ve grafikler, atomik hassas hacimler ve doğal radyasyon için incelenir, ancak pratik cihazlar ölçeklenebilir büyüme ve metalizasyon gerektirir.

Bütünleşik Shielding ve Self-Healing

Sadece çipi zorlaştırmak yerine, bazı tasarımları doğrudan paket içinde yerel kalkan tabakaları gömülüyor. Örneğin, [[Dönetici:0)t Morgan veya altın koruyucular [Döneticileri tespit etmek veya devre dışı bırakmak için kullanılan devreler başka bir yaklaşımdır.Dörtme ve proton flux. bütünleşik DÜŞÜNCÜCÜŞÜNCÜyetim:2) Bu tür devreler, eklenmeli motorlara veya eklenerek, bu türdeki yükleri tespit etmek için kapalı veya yük devreleri azaltmak için, yüksek çözünürlükte bulunan bir başka bir yaklaşımdır.

Rad-Hard Design'da Makine Öğrenme

Geniş radyasyon test verileri üzerinde eğitilmiş makine öğrenme modelleri, gelecekte, tasarım uzay araştırmalarının yanıtını tahmin etmek için kullanılır. [Dönetici gezileri ve hızlandırıcı geziler [Döndergiler) Bu gelişim araçlarına göre optimize edilmiş transistörlerin ve devrelerin yüksek oranda hızlanması ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte olan TIDD 5'i azaltacaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Geliştirilen radyasyon sertliği için yarı iletkenleri tasarlayın, hem ticari hem de özel rad-hard bileşenlerinin inovasyonunu azaltın, SOI gibi geleneksel sertleştirme teknikleri, cihaz fiziği, devre mimarisi ve yeterlilik testleri. daha yüksek veriler için sürekli talep, daha dayanıklı tasarım vaat ediyor, daha güçlü uzay elektronikleri için daha da azaltın.Bu yaklaşımlara devam ederek, uzay sanayisi, uzay aracı gibi temel alanlı, en zorlu uzay araçları ve en zorlu uzay araçlarına karşı en zorlu uzay araçlarına sahip olan en zorlu uzay aracıları keşfederek, daha dayanıklı uzay elektronikleri araştırır.