I problemi della radiazione spaziale sui dispositivi elettronici

Lo spazio, compresa la zona più alta dell'atmosfera terrestre, è popolato da molte particelle ad alta energia che possono danneggiare i dispositivi a semiconduttore. Ad esempio, ci sono elettroni e protoni nelle fasce di Van Allen, raggi cosmici galattici (che comprendono circa l'85% di protoni, il 15% di particelle alfa e l'1% di ioni pesanti) e raggi cosmici da brillamenti solari (che contengono anche raggi ultravioletti e X-rays). In generale ci sono due grandi categorie di effetti (cumulative e single-event) che producono cambiamenti nei parametri operativi dei circuiti microelettronici. 

Introduzione

L'unico elemento eccezionale che contraddistingue l'ambiente spaziale è la presenza di radiazioni. L'ambiente naturale è costituito da elettroni e protoni intrappolati dai campi magnetici planetari (Terra, Giove, ecc.), e una frazione molto piccola di nuclei prodotti in eventi solari energetici e raggi cosmici (nuclei atomici molto energetici) prodotti in esplosioni di supernova all'interno e all'esterno della nostra galassia. All'interno di grandi strutture spaziali come International Space Station, il flusso di raggi cosmici, costituito essenzialmente dall'85% di protoni e 15% di nuclei pesanti, è parzialmente convertito in neutroni secondari in seguito a varie collisioni con il materiale della struttura. Questi neutroni secondari possono presentare un'ulteriore minaccia tramite effetti single-event per l'elettronica a bordo. L'ambiente spaziale ha un basso rateo di dose di ~ 10-4 a 10-2 rad / s. Ma le durate delle missioni spaziali possono essere in anni, con una conseguente grande dose accumulata.

Neutroni, protoni, particelle alfa, ioni pesanti e raggi gamma ad altissima energia trasferiscono energia sufficiente al silicio per spostare gli atomi nel reticolo causando difetti nella loro chimica. Le particelle cariche e i raggi gamma creano ionizzazione che può alterare i parametri del dispositivo. Questi cambiamenti sono stimati in termini del parametro dose ionizzante totale (TID). La dose ionizzante assorbita è comunemente misurata in rad, un'energia assorbita di 100 erg su grammo di materiale (il rad è stato sostituito nel corso degli anni dal gray - 1 rad = 0.01 Gy)). Poiché la perdita di energia per unità di massa varia da un materiale ad un altro, il materiale su cui è depositata la dose viene sempre specificato nell'unità di misura [per esempio rad (Si) o rad (GaAs)].

Effetto cumulativo

Quando la radiazione incidente colpisce un materiale semiconduttore come il silicio, una coppia di elettroni può essere creata se un elettrone viene eccitato attraverso la band gap nella banda di conduzione del materiale. Se è presente un campo elettrico, gli elettroni sono facilmente spazzati via perché la loro mobilità dentro il silicio è molto più grande di quella delle lacune. Le coppie elettroni-lacune generate nel gate di un dispositivo a semiconduttore di ossido di metallo (MOS) come un transistor sono rapidamente separati dal campo elettrico [...]

ATTENZIONE: quello che hai appena letto è solo un estratto, l'Articolo Tecnico completo è composto da ben 1551 parole ed è riservato agli abbonati PRO. Con l'Abbonamento avrai anche accesso a tutti gli altri Articoli Tecnici MAKER e PRO inoltre potrai fare il download (PDF) dell'EOS-Book e di FIRMWARE del mese. ABBONATI ORA, è semplice e sicuro.

Abbonati alle riviste di elettronica

2 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 25 aprile 2018
  2. Doc77 Doc77 25 aprile 2018

Scrivi un commento

EOS-Academy
EOS-Academy