Radiation Effects Proton su semiconduttori

May 17

Radiation Effects Proton su semiconduttori


radiazioni Proton è il più grande componente dei raggi cosmici energetiche che lavano attraverso lo spazio esterno. I protoni sono anche una componente importante di radiazione di Van Allen cintura, a partire dal orbita terrestre bassa (LEO) altitudini, e gli scarichi di particelle solari.

Delicati circuiti elettronici, come quelli in processori per computer, chip di memoria e altri dispositivi basati su semiconduttori, possono essere altamente vulnerabile a protoni energetici. Per questo motivo, semiconduttori spazio distribuito devono essere adeguatamente indurito o schermati contro le radiazioni protone.

Dove si trova Proton radiazioni?

Secondo la NASA, la radiazione di protoni costituisce quasi il 90 per cento dei raggi cosmici che permeano lo spazio esterno. Mentre l'atmosfera terrestre, la massa e il campo magnetico contribuire a proteggere la superficie del pianeta da questi raggi, questi fattori sono ridotti o assenti in volo spaziale, e continuano a diminuire con la distanza dalla Terra.

I protoni sono anche il componente principale di eruzioni brillamento solare, che hanno origine nel sole e può inviare enormi flussi di protoni ad alta energia in streaming nel sistema solare, causando danni ai satelliti ed elettronica a volte anche terrestri.

Le sfide radiazione nello spazio

Lo spazio esterno presenta un ambiente di radiazione duro e unico rispetto alla Terra. Fuori dalla protezione offerta dalla Terra, raggi cosmici fatti di protoni ed altre particelle ad alta energia volano attraverso lo spazio esterno in tutte le direzioni, spesso si avvicina alla velocità della luce.

Per le particelle con tale slancio enorme, schermatura contro le radiazioni standard è insufficiente.

Né la soluzione semplicemente ad accumulare più schermatura. Secondo la NASA, come cosmici schermatura dei raggi è fatta più spessa, l'esposizione alle radiazioni in realtà aumenta. Questo perché i raggi cosmici iniziano a interagire con la stessa schermatura, producendo altre forme di radiazione oltre ai protoni ad alta energia originali. Questa radiazione secondaria può anche danneggiare i semiconduttori.

Gli ingegneri sono limitati nei tipi di schermatura che può essere costruito per elettronica spaziali. Poiché le dimensioni e la massa degli aumenti di schermatura, così l'energia necessaria per sollevare in orbita. Peso ripartito a schermatura è il peso che deve essere tagliato dal satellite o di un veicolo andare nello spazio - riducendo potenzialmente gamma della missione di funzionalità.

Semiconductor vulnerabilità

Ci sono due modi di base in cui Proton danneggia radiazioni semiconduttori.

In spostamento reticolo, protoni ad alta energia perturbare le posizioni degli atomi nel reticolo di silicio che è alla base dei transistori del circuito. Questi transistor consentono calcolo attivando e bloccando il flusso di elettroni con precisione. Battendo questi atomi fuori posto, protoni energetici iniziano abbattendo l'organizzazione stretto che microelettronica hanno bisogno per funzionare correttamente.

radiazioni Proton passa anche attraverso i semiconduttori e si allontana gli elettroni, la creazione di elettroni "buchi" che attraggono altri atomi e cariche positive. Nel corso del tempo, questo danno di ionizzazione degrada l'affidabilità hardware e dei dati di elettroni a controllare la capacità di materiali semiconduttori, causando perdite di corrente e di minare.

Oltre agli effetti graduali, cosiddetto "single-evento sconvolge" verificare quando protoni colpiscono vicino ad importanti punti di giunzione nei transistor. Con sconvolgendo le cariche elettriche al bivio, un picco elettrico può propagarsi attraverso il circuito e dati corrotti.

Protezione Semiconduttori

Gli ingegneri continuano lo sviluppo di strategie per la protezione contro le radiazioni di protoni. Una priorità è quella di trovare materiali schermanti leggeri che possono fermare i protoni senza creare radiazione secondaria nocive. pianificare attentamente le orbite e l'orientamento della sonda può anche contribuire a ridurre l'esposizione alle radiazioni.

La difesa più coinvolti e complessa contro protoni è una radiazione di indurimento. In questo processo, semiconduttori sono progettati o riprogettati per resistere danni da radiazioni. Metodi tempra includono schermatura on-chip, utilizzando materiali di substrato meno conduttivi e utilizzando la memoria di correzione degli errori per ridurre la probabilità di errori di dati.