|
Как излучение влияет на транзисторы в космосе
|
|
|
|
В рамках миссии NASA Europa Clipper стоимостью 5,2 миллиарда долларов, направленной на изучение четвертого по величине спутника Юпитера - Европы — и оценку ее потенциала для жизни, космический аппарат пройдет через самый мощный радиационный пояс в Солнечной системе.
|
|
|
|
Этим летом возникли опасения по поводу того, смогут ли полупроводниковые транзисторы, используемые в бортовых электронных системах космических аппаратов, противостоять радиации. Система Юпитера особенно опасна для космических аппаратов, поскольку ее огромное магнитное поле — в десятки тысяч раз более сильное, чем магнитное поле Земли — улавливает заряженные частицы и разгоняет их до очень высоких энергий, создавая интенсивные радиационные пояса, которые бомбардируют Европу и другие внутренние спутники.
|
|
|
|
Однако после тщательных испытаний НАСА подтвердило, что транзисторы могут обеспечить выполнение миссии. Космическое агентство запустило Europa Clipper 14 октября, и он должен прибыть в 2030 году.
|
|
|
|
Однако опасения по поводу транзисторов вызывают вопрос: что происходит, когда электроника подвергается воздействию высоких уровней радиации?
|
|
|
|
|
|
|
Доктор Роберт Бауманн, эксперт по радиационным эффектам и надежности в микроэлектронике, в прошлом был главным технологом по высоконадежным изделиям в Texas Instruments (TI), а в настоящее время является директором по радиационным эффектам и надежности в Центре полупроводниковых систем для жестких условий эксплуатации (CHESS) при Техасском университете в Далласе. Он также является ведущим автором руководства компании по радиации для электроники.
|
|
|
|
Бауманн сказал, что в данном конкретном случае протоны и электроны с высокой энергией могут возбуждать электроны в атомах (процесс, называемый ионизацией), создавая избыточные носители заряда.
|
|
|
|
"Этот избыточный заряд накапливается и задерживается в изолирующих слоях и изменяет характеристики и работу транзисторов", - сказал он.
|
|
|
|
Повреждение происходит постепенно и накапливается по мере выполнения миссии космического аппарата.
|
|
|
|
"Как и при солнечном ожоге, вас обжигает не один ультрафиолетовый луч или фотон, а совокупность множества ультрафиолетовых лучей, которые обжигают вашу кожу", - сказал Бауманн.
|
|
|
|
В электронике одним из последствий воздействия радиации является генерирование, накопление и удержание индуцированного радиацией положительного заряда в изоляторе транзисторов, что приводит к эффекту, называемому суммарной ионизирующей дозой, или TID.
|
|
|
|
Транзисторы работают как цифровые переключатели включения/ выключения или аналоговые регуляторы "громкости", где поток электрического тока регулируется напряжением на "затворе" транзистора. По словам Бауманна, транзистор действует как кран для подачи электрического тока, а затвор - как ручка водопроводного крана.
|
|
|
|
"Когда транзисторы подвергаются воздействию радиации и начинают накапливать повреждения, они начинают дрейфовать, и в конечном итоге, при достаточно высокой дозе, транзистор перестает функционировать должным образом", - сказал он. "Транзисторы, подверженные воздействию TID-эффекта, в конечном счете либо застрянут в положении "включено", либо "выключено". Представьте, что из вашего домашнего крана хлещет вода, и как бы вы ни старались повернуть ручку, ничего не происходит".
|
|
|
|
Ожидается, что "Европа Клипер" проведет только один день из каждого своего 21-дневного витка в условиях самой суровой радиационной обстановки вокруг Юпитера. НАСА установило, что транзисторы Europa Clipper смогут восстанавливаться с помощью процесса, называемого отжигом, после того, как космический аппарат пройдет часть своей орбиты за пределами зоны повышенной радиации Юпитера.
|
|
|
|
"Поиск жизни на Европе - это большое дело", - сказал Бауманн, который будет следить за ходом миссии. "Очень жаль, что вокруг Юпитера высокий уровень радиации; это значительно усложняет всю работу".
|
|
|
|
Источник
|
