Proton Stråling Påvirkning av halvledere

Proton-stråling er den største komponenten av den energiske kosmiske stråler som vasker gjennom verdensrommet. Protoner er også en viktig komponent i Van Allen Belt stråling, som begynner i lav bane rundt jorda (LEO) høyder, og solenergi partikkelutslipp.

Delikat elektroniske kretser, slik som de i datamaskin-prosessorer, minnebrikker og andre halvlederbaserte enheter, kan være svært sårbare for energiske protoner. Av denne grunn er plass utplassert halvledere må være tilstrekkelig herdet eller skjermet mot proton stråling.

Hvor er Proton Stråling funnet?

Ifølge NASA, protonstråling utgjør nesten 90 prosent av kosmisk stråling som gjennomsyrer verdensrommet. Mens jordens atmosfære, masse og magnetfelt hjelpe skjerme planetens overflate fra disse strålene, er disse faktorene redusert eller fraværende i romfart, og fortsette å avta med avstanden fra Jorden.

Protoner er også den viktigste komponenten av solenergi bluss utbrudd, som stammer i solen og kan sende enorme strømmer av høyenergetiske protoner streaming i solsystemet, forårsaker skade på satellitter og noen ganger også Earth-baserte elektronikk.

Stråling Utfordringer i verdensrommet

Verdensrommet presenterer en barsk og unikt stråling miljø i forhold til Jorden. Utenfor vern av jord, kosmiske stråler laget av protoner og andre med høy energi partikler fly gjennom verdensrommet i alle retninger, ofte nærmer seg lysets hastighet.

For partikler med en slik enorm fart, er standard strålevern utilstrekkelig.

Heller ikke er løsningen rett og slett å haug på mer skjerming. Ifølge NASA, som kosmisk skjerming er gjort tykkere, faktisk øker stråling. Dette er fordi den kosmiske stråler begynner å samvirke med skjerming i seg selv, som produserer andre former for stråling i tillegg til de opprinnelige høyenergetiske protoner. Denne sekundære stråling kan også skade halvledere.

Ingeniører er også begrenset i typer skjerming som kan bygges for rombaserte elektronikk. Som størrelsen og massen av skjermings øker, øker energien som trengs for å løfte den i bane. Vekt fordeles til skjerming er vekten som må kuttes fra satellitt eller kjøretøy som går ut i verdensrommet - potensielt redusere oppdraget utvalg av evner.

Semiconductor Sikkerhetsproblemer

Det finnes to grunnleggende måter som proton-stråling skader halvledere.

I gitter forskyvning av høy-energi-protoner forstyrre posisjonene av atomene i silisium gitter som ligger til grunn for de transistorer i kretsen. Disse transistorene muliggjøre beregning av nøyaktig å aktivere og blokkerer strømmen av elektroner. Ved å banke disse atomene malplassert, begynner energisk protoner bryte ned den stramme organisasjon som mikroelektronikk trenger for å fungere skikkelig.

Proton-stråling passerer også gjennom halvledere og trekker bort elektroner, og skaper elektron "hull" som tiltrekker seg andre atomer og positive ladninger. Over tid, dette ionisering skade forringer elektron-kontrollerende kapasitet på halvledermaterialer, forårsaker strømlekkasje og undergrave både maskinvare og data pålitelighet.

I tillegg til gradvis effekt, såkalte "single-event besvær" oppstår når protoner streik i nærheten av viktige knutepunkter i transistorer. Ved upsetting elektriske ladninger i krysset, kan en elektrisk pigg forplante gjennom kretsen og korrupte data.

beskytte halvledere

Ingeniører fortsette å utvikle strategier for å beskytte mot proton stråling. En prioritet er å finne lette skjerming materialer som kan stoppe protoner uten å skape skadelig sekundærstråling. Nøye planlegging banene og orientering av romfartøy kan også bidra til å redusere stråling.

Den mest involvert og komplekse forsvar mot protoner er stråling herding. I denne prosessen, er halvledere utformet eller ny utforming for å motstå stråleskader. Herde metoder omfatter on-chip skjerming, ved hjelp av mindre ledende substratmaterialer og ved hjelp av feilkorrigerende minne for å redusere sannsynligheten for datafeil.