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高電壓電子產(chǎn)品受重離子所影響 - 超越太空科學的范疇:高抗干擾的電子設計要求

秩名 發(fā)表于 2012-04-06 10:07 | 分類標簽:積體電路前沿技術半導體

  太空方面的電子內(nèi)容日益增多,現(xiàn)在有數(shù)千顆衛(wèi)星在天空,其中大多數(shù)都已經(jīng)變成太空垃圾。衛(wèi)星系統(tǒng)變得愈來愈精密,與過去結構單純的系統(tǒng)完全不可同日而語。大多數(shù)人不清楚太空中有多少顆衛(wèi)星,不過,只要透過網(wǎng)際網(wǎng)路連上Google地球。

  設計能夠承受許多輻射效應的電路極其必要,對于太空航空應用,以及現(xiàn)今的醫(yī)療應用更是如此。診斷及安全設備愈來愈仰賴耐輻射的晶片?,F(xiàn)今的牙科醫(yī)療X光及CT掃描儀診斷設備,一般均使用電子成像與資料轉(zhuǎn)換晶片,而非使用晶片進行攝影。這些設備能夠以近乎即時的速度產(chǎn)生影像,完全不需要等候技術人員沖洗膠片,才能決定拍攝的影像是否正確。隨著時間累積的輻射效應會對設備造成影響,例如機場中持續(xù)使用的 X 光檢查設備即是如此。

  太空應用中的電力電子產(chǎn)品對于很容易受重離子所影響,尤其是高電壓電子產(chǎn)品。重離子穿透半導體材質(zhì)時,會使電荷累積,而形成小型暫時傳導路徑,這就如同一個小閃電一般,一旦小型暫時傳導路徑形成,就會從正極高電壓電源接地釋放高電流。在許多情況下,這會穿透介電,而使得許多電源半導體裝置,發(fā)生閘極穿通效應及開路。電源元件製造商一般會將裝置的一般安全運作供電電壓降低 20% 至 50%,以避免如此的問題發(fā)生。

  TI的高可靠性(HiRel)產(chǎn)品部門是耐輻射半導體的主要供應單位。開發(fā)與測試電路時,均對于醫(yī)療、航空及太空應用的電子系統(tǒng)有害的各種輻射效應加以防範。衛(wèi)星發(fā)射升空完成部署后,如果發(fā)生問題,無法對衛(wèi)星進行維修。即使衛(wèi)星有備援系統(tǒng),效果也相當有限。

  測試太空應用的元件相當不容易。首先,地面的測試機組由于本身的機械能源限制,無法重現(xiàn)太空中所遭受的確切效應。另外,無法長年測試元件是否適合太空中使用。因此,通常使用加速測試技術。

  加速測試技術嘗試重現(xiàn)元件在10至15年太空任務中,可能承受的低劑量輻射所造成的效應。太空應用的這些技術有時令人毫無頭緒。在某些情況下,同一個元件在低劑量率下會產(chǎn)生非預期的結果,而在高劑量率下卻一切正常,這就是所謂的增強低劑量率靈敏度(enhanced low-dose rate sensitivity; ELDRS)問題,這個問題一直是現(xiàn)今許多輻射會議與標準會商的討論主題。

  在高輻射環(huán)境中電路效率的影響方面,電路技術也相當重要。CMOS、雙極、GaAs、SiGe 及其他製程技術在不同的輻射效應下的運作互有優(yōu)劣。對于各種效應可達到高耐受度的高可靠性產(chǎn)品而言,瞭解這些技術的運作至關重要。如果無法實際測量某些條件,僅能透過統(tǒng)計數(shù)據(jù)及有限的資料進行預測。

  由于測試機組能夠產(chǎn)生的粒子能量類型相當有限,因此必須瞭解產(chǎn)品運作的環(huán)境,并且必須確保電路穩(wěn)定,并且能夠承受具體的特定效應。在必須穩(wěn)定的系統(tǒng)中使用 HiRel產(chǎn)品有助于降低系統(tǒng)失效的風險。為了降低成本而製作不確實,會危及數(shù)百萬美元的太空或航空硬體。總歸一句話,這確實超越太空科學的範疇。

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