Zastosowanie komponentów rad-hard. Wpływ promieniowania na układy scalone i inne półprzewodniki

Zastosowanie komponentów rad-hard. Wpływ promieniowania na układy scalone i inne półprzewodniki

Wszyscy rozumieją ogólne niebezpieczeństwo związane z promieniowaniem (samo słowo w naszych głowach brzmi dosyć groźnie), ale skupiają się głównie na wpływie promieniowania jonizującego na organizmy żywe. Czy podobne zagrożenie występuje w odniesieniu do urządzeń elektronicznych? Okazuje się, że promieniowanie może mieć istotny wpływ na struktury półprzewodnikowe. W zaprezentowanym artykule omówimy efekty, jakie może wywołać promieniowanie w układach scalonych i gdzie występuje największa potrzeba ochrony wrażliwej elektroniki przed wpływem wysokoenergetycznych cząstek. Finalnie podany zostanie też opis pewnych metryk i definicji terminów, stosowanych w opisie tego rodzaju podatności, aby łatwiejsze było zrozumienie literatury technicznej dotyczącej tego zagadnienia.

W 2003 roku w Belgii odbywały się wybory. Maszyny do głosowania przyjmowały głosy na dwa sposoby: poprzez wpisanie ich do komputera lub poprzez zapisanie swojego głosu na karcie magnetycznej, którą wrzucało się następnie do urny, wyposażonej w magnetyczny czytnik rzeczonych kart. To typowa implementacja systemów do elektronicznego zliczania głosów w wyborach, jakie coraz częściej stosowane są na świecie. Podczas zliczenia głosów z komputera wykryto błąd polegający na tym, że jeden kandydat miał dokładnie 4096 głosów więcej, niż było to możliwe przy danej liczbie oddanych kart do głosowania. Tę dało się sprawdzić, zliczając fizyczne karty magnetyczne, znajdujące się w urnie. Liczba ta nie jest przypadkowa: 212=4096. W dalszych badaniach odkryto, że tranzystor odpowiedzialny za sygnalizację trzynastego bitu w jakimś miejscu całego toru cyfrowego (W pamięci? W procesorze? Tego nie wiadomo) został uderzony przez foton promieniowania kosmicznego. Jego energia była wystarczająca do zmiany stanu tego bitu z 0 na 1.

Spowodowało to dodanie do zmiennej przechowującej ilość głosów na danego kandydata wartość dokładnie 212.

Nie była to pierwsza taka sytuacja. Wcześniej, w 1996 roku, firma IBM badała podobny problem. Okazało się, że układy scalone, pochodzące z jednego z zakładów produkcyjnych firmy, mają podwyższoną skłonność do występowania tzw. pojedynczych zdarzeń wzbudzenia (Single Event Upsets – SEU). Są one rodzajem miękkiego błędu, polegającego na zmianie wartości bitu pod wpływem zewnętrznego oddziaływania, np. kwantu promieniowania czy zewnętrznego pola. W przypadku wspominanych układów IBM problemem okazał się lekko podwyższony poziom związków uranu w ceramice obudowy. Zwiększony poziom promieniowania przy samej strukturze krzemowej spowodował zwiększenie poziomu SEU.

Podczas analizowania przyczyn i skutków problemu SEU, badacze z IBM obliczyli także, że „komputer zwykle doświadcza jednego błędu wywołanego promieniowaniem kosmicznym na 256 megabajtów pamięci RAM, na miesiąc”. Wyliczenie to ma prawie 30 lat. W tym czasie ilość tranzystorów w układach scalonych wzrosła 1000-krotnie (rysunek 1), a napięcia sterowania układami spadły prawie o rząd wielkości, co sprawia, że układy te są jeszcze bardziej podatne na zdarzenia, takie jak w Belgii.

Rysunek 1. Prawo Moora – liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się, co dwa lata (Zaadaptowano z OurWorldInData.org)

Rodzaje promieniowania i miejsce jego typowego występowania

Kosmos to wysoce radioaktywne środowisko. Skutki ekspozycji na to promieniowanie skutecznie niszczą funkcjonalność większości komercyjnych układów scalonych. Istnieją cztery główne przyczyny tego promieniowania:

  • uwięzione elektrony,
  • uwięzione protony,
  • protony słoneczne,
  • promienie kosmiczne.

Przyjrzymy się wszystkim tym źródłom promieniowania i ich charakterystyce. Różnią się one istotnie parametrami, a co za tym idzie mechanizmami i intensywnością wpływu na urządzenia półprzewodnikowe.

Uwięzione elektrony to ujemnie naładowane cząstki, które mają stosunkowo niewielką masę, ale są również niezwykle energetyczne. Ze względu na ich małą masę zwykle znajdują się na bardzo wysokich orbitach, takich jak orbity geosynchroniczne (lub orbity GEO), które znajdują się około 36 000 km nad ziemią.

Uwięzione protony to dodatnio naładowane cząstki uwięzione przez pole grawitacyjne planety. Mają mniej energii niż elektrony, ale są około 2000 razy masywniejsze niż elektrony. Występują w dużych stężeniach na niskich wysokościach. Na przykład, na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO), czyli orbitach znajdujących się na wysokości ok. 1400...2000 km nad powierzchnią Ziemi, źródła promieniowania są zdominowane przez uwięzione protony.

Protony słoneczne są podobne do protonów uwięzionych, z wyjątkiem tego, że pochodzą ze słońca, głównie z wiatru słonecznego, wyładowań koronowych i innych zjawisk na powierzchni naszej gwiazdy. Z uwagi na to nie są one uwięzione w polu grawitacyjnym naszej planety.

Ostatnim, ze źródeł promieniowania w kosmosie są tzw. promienie kosmiczne. To zbiorcza nazwa na promieniowanie, składające się m.in. z cząstek alfa, ciężkich jonów i protonów. Pochodzą one z wielu źródeł – emitowane są przez słońce, ale pochodzą także spoza naszego układu słonecznego, głównie z innych gwiazd, w szczególności wybuchów supernowych, a także z blazarów – aktywnych galaktyk, które emitują szerokie widmo promieniowania. Energia cząstek promieniowania kosmicznego może być niezwykle wysoka – o kilka rzędów wielkości wyższa niż np. sztucznie przyspieszane cząstki w najpotężniejszych akceleratorach, takich jak ten w ośrodku badawczym CERN. Ale to nie te cząstki bezpośrednio powodują awarię urządzeń na ziemi.

Podczas podróży w kierunku Ziemi wiele cząstek jest odchylanych przez Słońce i ziemskie pole magnetyczne. Generowane wtedy tzw. promieniowanie hamowania – deszcz nowych, wtórnych, trzeciorzędowych cząstek (protonów, neutronów, elektronów, mionów itd.).

Zjawisko to zachodzi także w naszej atmosferze, w związku, z czym natężenie promieniowania kosmicznego zmienia się wraz z wysokością. Do wysokości około 10...15 tysięcy metrów nad poziomem morza dominuje zjawisko generacji nowych cząstek, podczas gdy na wyższych pułapach dominuje ich absorpcja. Na powierzchnię Ziemi dociera któraś z kolei generacja początkowego „pierwotnego kosmosu”. Zobrazowano to na rysunku 2a. Typowy strumień wynosi 20 neutronów na cm² na godzinę (na poziomie morza), jak pokazano na rysunku 2b. Z tego opisu można wywnioskować, że strumień ziemskich cząstek kosmicznych zależy od wysokości. Zależności od szerokości geograficznej, wynikające z wpływu ziemskiego pola magnetycznego i rzeczywistej aktywności Słońca, można pominąć przy oszacowaniu pierwszego rzędu.

Rysunek 2. Kaskada cząstek generowanych w ziemskiej atmosferze na skutek „ostrzału” promieniowaniem kosmicznym (po lewej) oraz natężenie promieniowania w funkcji wysokości (poi prawej)

Na ziemi także mamy źródła promieniowania, są to głównie instalacje atomowe, zwłaszcza siłownie jądrowe. W nich również musi pracować elektronika, często w ich radioaktywnym wnętrzu. Elektronika pracuje także np. w magazynach broni atomowej i może z naszego punktu widzenia wydaje się to nieistotne, to jest wręcz przeciwnie – jej poprawne działanie jest gwarantem bezpiecznego składowania tego rodzaju uzbrojenia.

Charakter promieniowania, jaki spotyka układy elektroniczne na ziemi, jest inny, niż w przypadku promieniowania, na jakie wystawione są urządzenia w przestrzeni kosmicznej. W najnowszych generacjach reaktorów to głównie wysokie temperatury robocze (uzyskiwane w celu zwiększenia sprawności cieplnej) są problemem, ponieważ ograniczają żywotność czujników i materiałów elektronicznych. Ponadto reaktory te wykorzystują zarówno strumień neutronów szybkich, jak i strumień neutronów termicznych. Neutrony termiczne mają znacznie niższą energię, równą około 0,025 eV. Z kolei szybkie neutrony osiągają energie w zakresie 1...10 MeV.

Każdy rodzaj neutronów w inny sposób oddziałuje z materią i ma odmienne mechanizmy degradacji półprzewodników, które omówione będą w dalszej części. Na przykład powtarzająca się ekspozycja na strumień neutronów termicznych powoduje transmutację materiałów poprzez absorpcję tychże neutronów. Nie dzieje się tak z neutronami szybkimi, ponieważ maja one znacznie niższy przekrój czynny na absorpcję (prawdopodobieństwo, że zostaną zaabsorbowane przez inną cząstkę). W tabeli 1 podsumowano typowe poziomy dawek różnego rodzaju promieniowania w różnych scenariuszach.

Wpływ promieniowania na urządzenia półprzewodnikowe

Głównym źródłem problemów, powodowanych przez promieniowanie kosmiczne w urządzeniach półprzewodnikowych są ciężkie jony. Te masywne, naładowane cząstki niosą ze sobą wysoką energię, a co za tym idzie mogą powodować poważne uszkodzenia urządzeń. Jednak mniejsze i lżejsze kwanty energii także mogą oddziaływać z materią elementów elektronicznych. Mówiąc o wpływie promieniowania na elektronikę, rozważyć musimy dwie klasy interakcji – chwilowe zdarzenia, nie pozostawiające po sobie śladów w strukturze półprzewodnika oraz obserwowany w czasie, destrukcyjny wpływ promieniowania na strukturę elementu (który na ogół też jest obserwowany dopiero po czasie, gdy układ wykazuje makroskopowe efekty degradacji materiałów).

To, jaki charakter, ma dane oddziaływanie zależne jest głównie od energii i rodzaju promieniowania, które bombarduje dany układ. Oczywiście, dawka także nie jest bez znaczenia, ale kluczowym aspektem jest energia kwantów promieniowania, „atakujących” półprzewodnik. Mechanizm typowej interakcji pomiędzy półprzewodnikiem, a kwantem promieniowania jest relatywnie prosty. Rozważmy typowy tranzystor polowy. Głównymi materiałami, z jakich składa się taki element są półprzewodnik (krzem) i izolator kanału (typowo dwutlenek krzemu). Rozważmy również dwa rodzaje promieniowania – jeden, pod postacią wysokoenergetycznych fotonów (np. promieniowanie gamma), a drugi pod postacią rozpędzonych neutronów. W tabeli 2 podsumowano różne mechanizmy interakcji.

W ogólności, zjawiska związane z jonizacją w materiale są bardziej związane z zjawiskami chwilowymi (których, jak opisano powyżej, efekty mogą być jednak długotrwałe dla układu), a te związane z przemieszczeniem atomów w strukturze krystalicznej są raczej długotrwałe i przekładają się na postępującą degradację materiału.

W ogólności obserwowane są trzy zjawiska, podczas interakcji cząstek wysokoenergetycznych z materią:

  • Jonizacja materiału, poprzez interakcję z elektronami powłok atomów,
  • Przemieszczenie atomów w materiale,
  • Reakcje jądrowe atomów materiału.

Wszystkie te mechanizmy mogą koegzystować. Co więcej, efekty niektórych z nich, mogą wywoływać kolejne zdarzenia. Na przykład neutron może najpierw oddziaływać z jądrem, powodując uszkodzenie struktury krystalicznej (powstanie defektu) poprzez przemieszczenie atomu, a następnie generować wtórne, naładowane cząstki, które jonizują materiał, jeśli mają wystarczającą energię. Wszystko uzależnione jest od energii cząstki.

W przypadku zderzenia wysokoenergetycznych naładowanych cząstek przeważa efekt jonizujący. Tylko niewielki ułamek ich energii jest wykorzystywany do przemieszczenia atomów. Cząstki neutralne są odpowiedzialne z kolei raczej za uszkodzenia spowodowane przemieszczeniem lub nawet kaskady przemieszczeń, w przypadku cząstek o naprawdę wysokiej energii. Dalej, można by przystąpić do opisu fizyki, stojącej za tymi zjawiskami, jednak ramy czasopisma stanowczo nie pomieściłyby takiego, nawet przyspieszonego kursu fizyki… Literatura wskazana się na końcu artykułu z pewnością może być dobrym punktem wyjścia do tego (karkołomnego, jeśli nie mamy już jakiegoś wykształcenia fizycznego za sobą) zadania.

Chwilowy wpływ i zjawiska w półprzewodniku

Na powierzchni ziemi najczęściej będziemy obserwować pojedyncze zdarzenia – SEU, wynikające ze zderzenia cząstki promieniowania kosmicznego ze złączem PN półprzewodnika. Najczęściej dotyczy to zderzenia z układami pamięci, jak opisano dokładnie poniżej. Zakłócenia SEU są spowodowane uderzeniami promieniowania jonizującego w elementy pamięci, takie jak komórki pamięci konfiguracji, pamięć użytkownika i rejestry. W zastosowaniach naziemnych głównymi źródłami promieniowania jonizującego budzącymi obawy są cząstki alfa emitowane z radioaktywnych zanieczyszczeń w materiałach, wysokoenergetyczne neutrony wytwarzane w wyniku oddziaływania promieni kosmicznych z atmosferą ziemską oraz neutrony termiczne, które w większości przypadków są termalizowanymi neutronami wysokoenergetycznymi, ale mogą być również wytwarzane w sprzęcie stworzonym przez człowieka.

Badania prowadzone w ciągu ostatnich 20 lat doprowadziły do opracowania materiałów o wysokiej czystości do konstrukcji układów scalonych (szczególnie ich obudów), minimalizujących ilość występujących SEU, powodowane przez promieniowanie alfa. Nieuniknione neutrony atmosferyczne pozostają dziś główną przyczyną efektów SEU. Miękkie błędy są losowe i zdarzają się zgodnie z prawdopodobieństwem związanym z poziomami energii, strumieniem i podatnością komórek konkretnej pamięci półprzewodnikowej.

Z definicji SEU nie niszczą obwodów, ale mogą powodować błędy danych. W systemach komputerowych jedną z najbardziej wrażliwych części są na ogół pamięci podręczne 1 i 2 poziomu, ponieważ muszą być one bardzo małe i bardzo szybkie, co oznacza, że nie utrzymują dużego ładunku. Oznacza to, że nawet niewielkie wyładowanie wywołane zderzeniem z relatywnie niskoenergetycznym kwantem promieniowania kosmicznego może zmienić stan komórki pamięci. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku pamięci RAM, jednak układy pamięci operacyjnej systemów komputerowych są nieco mniej podatne na SEU, niż pamięć podręczna. Dokładnie tego rodzaju zdarzenie mogło mieć miejsce podczas wyborów w Belgii, co opisywano we wstępie do artykułu.

Kolejnym słabym punktem jest maszyna stanów w sterowaniu mikroprocesorem, ze względu na ryzyko wejścia w stany martwe (bez wyjść), jeśli zmieni się w nieprzewidziany sposób zmienna licznika stanu. Taki efekt oczywiście mogą wywoływać też bardziej klasyczne błędy, takie jak naruszenia ochrony pamięci itd. W przypadku maszyny stanów, która steruje procesorem, ryzyko wystąpienia SEU jest relatywnie mniejsze, z uwagi na to, że obwody te muszą sterować całym procesorem, więc mają stosunkowo duże tranzystory, aby zapewnić stosunkowo duży prąd i nie są tak wrażliwe, jak mogłoby się wstępnie wydawać.

W obwodach cyfrowych i analogowych pojedyncze zdarzenie może spowodować propagację jednego lub więcej impulsów napięciowych (zakłóceń) w obwodzie, co określa się, jako występowanie tzw. stanów przejściowy pojedynczego zdarzenia (Single Event Transient – SET). Ponieważ propagujący się impuls nie jest technicznie zmianą stanu, jak w SEU w pamięci, należy rozróżnić SET i SEU. Jeśli SET propaguje się przez obwody cyfrowe, to może spowodować odczyt nieprawidłowej wartości w sekwencyjnej jednostce logicznej, wtedy sytuacje taką uznaje się za SEU. Typowe SET to chwilowe szpilki napięcia, obserwowane w sygnale, które mogą np. powodować chwilowe zakłócenie pomiarów lub też doprowadzić nawet do uszkodzenia układu (patrz dalsza część artykułu).

Stały wpływ i uszkodzenia materiałów i układów

Większość cząstek kosmicznych przechodzi przez urządzenia półprzewodnikowe bez żadnej interakcji. Jeśli już dojdzie do interakcji, istnieje kilka jej mechanizmów, opisanych powyżej. Część takich interakcji może mieć katastrofalne skutki dla układów scalonych. Wyróżniamy dwa główne mechanizmy, opisane powyżej – jonizacyjny i defektowy. W przypadku jonizacji atomów, na ogół zjawisko takie powoduje niegroźne zdarzenia, takie jak zmiana wartości bitów itp. jednak, w przypadku układów, w których mamy do czynienia z dużym polem elektrycznym zdeponowana energia cząstki kosmicznej może prowadzić do zjonizowania lokalnej chmury ładunku, która jest wzmacniana przez pole elektryczne w elemencie. Na obciążonym urządzeniu, chmura może być na tyle duża, że powoduje zwarcie elementu i może zostać zaobserwowany krótki impuls wysokiego prądu. Efekt ten jest wykorzystywany w detektorach cząstek do eksperymentów fizycznych w celu identyfikacji i zliczania cząstek o wysokiej energii. W większości urządzeń półprzewodnikowych, które pracują z dużym polem elektrycznym (np. tranzystory mocy) zdeponowana energia może doprowadzić do powstania tzw. streamera, cienkiego, przewodzącego obszaru w blokującym przyrządzie półprzewodnikowym, jak pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. Mechanizm powstawania przewodzącego streamera w elemencie pracującym zaporowo

W takim przypadku urządzenie może ulec zniszczeniu, jak pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4. Efekt przepływu wysokiego prądu przez streamer, widziany w obrazie mikroskopowym przekroju diody półprzewodnikowej

Z pewnym prawdopodobieństwem cząstki promieniowania o odpowiednio dużej energii, mogą po zderzeniu – elastycznym bądź nieelastycznym – z atomem, wybić go z jego miejsca, generując zaburzenie w strukturze krystalicznej półprzewodnika. Takie jednoatomowe zaburzenie sieci krystalicznej nazywamy defektem punktowym. Półprzewodniki pierwiastkowe grupy IV mają sieć krystaliczną w strukturze diamentu. Stała sieci dla krzemu wynosi 0,543 nm – o połowę tej odległości musi przesunąć się atom, aby wypadł z sieci krystalicznej. W ten sposób powstaje tzw. wakans (defekt w postaci pustego miejsca w strukturze krystalicznej) oraz atom pozasieciowy (defekt w postaci atomu, który znajduje się poza strukturą krystaliczną). Te pierwotne defekty są wysoce mobilne w temperaturze pokojowej i dlatego będą migrować na duże odległości. Mogą one albo zniknąć z materiału, rekombinując w materiale objętościowym, albo zostaną uwięzione przez inne atomy zanieczyszczeń, powodując powstanie bardziej stabilnych defektów wtórnych lub kompleksów defektów.

Wpływ takich defektów na działanie układu może być bardzo różny, ale niezmiennie negatywny. Pojedynczy defekt tego rodzaju nie jest zagrożeniem dla układu, ale już nagromadzenie tych defektów spowodować może np. zauważalne obniżenie prądu maksymalnego elementu, przewodności itp. Na szczęście większość cząstek promieniowania ma małą szansę na wywołanie takiego efektu. Wysokoenergetyczne fotony (np. promieniowanie gamma) niemalże nigdy nie oddziałują pierwotnie z atomami w ten sposób, jednak wygenerowane przez nich elektrony w zjawisku Comptona, podczas rozpraszania wstecznego, mogą już w ten sposób oddziaływać. Z drugiej strony, ciężkie, wysokoenergetyczne jony (takie jak promieniowanie alfa) tylko około 0,1% swojej energii przekazują w postaci przemieszczeń atomów struktury krystalicznej.

Trzecim efektem, pozostawiającym stałe uszkodzenia w krzemie, są reakcje jądrowe podczas napromieniowywania neutronami. Jeśli dochodzi do nieelastycznej absorpcji neutronów, przez atomy, dochodzi do tak zwanej transmutacji neutronowej. W przypadku krzemu mamy do czynienia z następującą reakcją:

30Si (n, γ) —> 31Si —> 31P + β–

Po zaabsorbowaniu neutronu termicznego krzem zmienia się w niestabilny izotop krzemu, a następnie transmutuje w atom fosforu przy towarzystwie emisji promieniowania beta (elektronu). Zatem pod wpływem promieniowania krzem powoli zamienia się w fosfor, który stosowany jest, jako domieszka typu N w półprzewodnikach. O efektach powolnego zmieniania się krzemu typu P w typ N w urządzeniu półprzewodnikowym pisać nie trzeba – są oczywiste. Podobne efekty występować mogą w innych półprzewodnikach, np. german pod wpływem neutronów transmutuje głównie w gal, arsen lub selen, zależnie od tego, z jakim izotopem germanu mamy do czynienia.

Statystyki opisujące podatność elementów

W przypadku chwilowych awarii układu, powodowanych przez promieniowanie, określa się maksymalną ilość takich awarii w przeliczeniu na jednostkę czasu w założonych warunkach ekspozycji na promieniowanie. Im mniejsza jest ta wartość, tym lepiej.

Centralnym parametrem używanym do opisywania odporności elementów na trwałe uszkodzenia powodowane przez promieniowanie jest całkowita pochłonięta dawka (Total Integrated Dose – TID). Określa się dla elementów pewną wartość TID, dla której nie występują w układzie żadne negatywne efekty (a ściślej mówiąc – występujące efekty nie wychodzą poza określoną tolerancję). Im wyższa dawka, tym układ jest bardziej odporny.

Na rysunku 5 pokazano fragment przykładowej karty katalogowej układu scalonego (w tym wypadku statycznej pamięci RAM) o zwiększonej odporności na promieniowanie. W karcie katalogowej podano TID – nie mniejsze niż 3×105 rad oraz częstotliwość występowania SER – poniżej 5×10–17 na bit, na dzień w warunkach orbity geostacjonarnej, przy minimum aktywności słonecznej (warunki te są znormalizowane i zgodne z standardem, w tym przypadku CREME96, czyli narzędziem stworzonym przez NASA do estymacji poziomu promieniowania).

Rysunek 5. Fragment karty katalogowej pamięci SRAM o zwiększonej odporności na promieniowanie

Podsumowanie

Układy o zwiększonej odporności na promieniowanie są klasycznie potrzebne w szeregu dziedzin, takich jak elektronika kosmiczna, awionika i systemy pracujące w elektrowniach atomowych. Z uwagi na rosnącą podatność na wpływ promieniowania, wraz ze zmniejszaniem się wymiaru charakterystycznego urządzeń półprzewodnikowych, odporność na promieniowanie kosmiczne jest coraz bardziej istotna w zwykłej, ziemskiej elektronice, przynajmniej w systemach o wymaganej wysokiej dostępności/bezawaryjności, jak elektronika medyczna czy przemysłowe systemy bezpieczeństwa funkcjonalnego.

Badania nad elektroniką tolerującą promieniowanie gwałtownie wzrosły w ciągu ostatnich kilku lat, co zaowocowało wieloma interesującymi podejściami do modelowania efektów promieniowania i projektowania odpornych na promieniowanie układów scalonych i systemów wbudowanych. Badania te są silnie napędzane rosnącym zapotrzebowaniem na elektronikę odporną na promieniowanie do zastosowań kosmicznych, systemów eksperymentalnych fizyki wysokich energii, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów w CERN, oraz wieloma ziemskimi systemami. Chociaż efekty całkowitej dawki w masowych układach CMOS są dobrze znane, wciąż niewiele wiadomo na temat wpływu promieniowania na układy produkowane w zaawansowanych technologiach, takich jak (FD-)SOI czy FinFET.

Marzenie o umożliwieniu wysokowydajnych obliczeń, przetwarzania sygnałów i komunikacji w najtrudniejszych i najbardziej zróżnicowanych środowiskach z występowaniem promieniowania stawia elektronice wiele wyzwań. Nieuchronnie łączy badaczy z kilku dyscyplin, począwszy od fizyki jądrowej i fizyki ciała stałego, poprzez zaawansowane metody modelowania i kreatywne techniki projektowania obwodów, aż po zastosowanie progresywnych algorytmów i głębokiego uczenia maszynowego w celu optymalizacji wydajności systemu dla najróżniejszych zastosowań w najtrudniejszych warunkach.

Nikodem Czechowski, EP

Źródła:

  1. C. Baraniuk „The computer errors from outer space”, BBC Future 12 października 2022.
  2. J.M.G. Strachan-Deol, K.L. Knowles, L.L. Thompson, A.L. Kelly, „P6 3 Error 404”, Journal of Physics Special Topics 20 (2021).
  3. P. Murley, G. Srinivasan, „Soft-error Monte Carlo modeling program, SEMM”, IBM Journal of Research and Development 40 (1996).
  4. M. Roser, H. Ritchie, E. Mathieu „Technological Change” OurWorldInData.org (2013).
  5. K.E. Holbert, „Space Radiation Environmental Effects. Courses in Electrical Engineering”, Arizona State University. 2007.
  6. R. Sayyah, T.C. Macleod, F.D. Ho „Radiation-hardened electronics andferroelectric memory for spaceflight systems”, Ferroelectrics 413 (2011).
  7. A. Belousov, „Radiation Effects on Semiconductor Devices in High Energy Heavy Ion Accelerators” praca doktorska, Darmstad 2014.
  8. M. Moll „Radiation Damage in Silicon Particle Detectors”, praca doktorska, Hamburg 1999.
  9. „Cosmic ray failures of power semiconductor devices” ABB Semiconductors Native Post – Cosmic Ray 06/2019.
  10. C. Findeisen, E. Herr, M. Schenkel, R. Schlegel H. Zeller, „Extrapolation of cosmic ray induced failures from test to field conditions for IGBT modules“ Microelectronics Reliability 38 (1998).
  11. C. Claeys, E. Simoen, „Basic Radiation Damage Mechanisms in Semiconductor Materials and Devices. In: Radiation Effects in Advanced Semiconductor Materials and Devices”. Springer Series in Materials Science 57, Berlin, Heidelberg. 2002.
  12. https://ecss.nl/item/?glossary_id=1628
  13. https://www.ti.com/product/SMV512K32-SP
  14. (red.) P. Leroux, „Radiation Tolerant Electronics”, MDPI 2019.
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
styczeń 2023

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik marzec 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio marzec - kwiecień 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje marzec 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna marzec 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich kwiecień 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów