Utwardzanie radiacyjne - Radiation hardening

Nie mylić z twardym promieniowaniem .

Utwardzanie radiacyjne to proces uodparniania elementów i obwodów elektronicznych na uszkodzenia lub awarie spowodowane wysokim poziomem promieniowania jonizującego ( promieniowanie cząsteczkowe i wysokoenergetyczne promieniowanie elektromagnetyczne ), szczególnie dla środowisk w przestrzeni kosmicznej (zwłaszcza poza niską orbitą okołoziemską ), wokół reaktorów jądrowych i akceleratorów cząstek lub podczas wypadków jądrowych lub wojny jądrowej .

Większość półprzewodnikowych komponentów elektronicznych jest podatna na uszkodzenia radiacyjne, a komponenty utwardzone promieniowaniem są oparte na ich nieutwardzonych odpowiednikach, z pewnymi zmianami konstrukcyjnymi i produkcyjnymi, które zmniejszają podatność na uszkodzenia radiacyjne. Ze względu na szeroko zakrojony rozwój i testy wymagane do wytworzenia odpornego na promieniowanie projektu chipa mikroelektronicznego , chipy utwardzane promieniowaniem mają tendencję do pozostawania w tyle za najnowszymi osiągnięciami.

Produkty utwardzone promieniowaniem są zazwyczaj testowane pod kątem jednego lub więcej testów efektów wynikowych, w tym całkowitej dawki jonizującej (TID), wzmocnionych efektów niskiej mocy dawki (ELDRS), uszkodzeń spowodowanych przemieszczeniem neutronów i protonów oraz efektów pojedynczego zdarzenia (SEE).

Problemy spowodowane promieniowaniem

Zobacz także: Uszkodzenia radiacyjne

Środowiska o wysokim poziomie promieniowania jonizującego stwarzają szczególne wyzwania projektowe. Pojedyncza naładowana cząstka może wyrzucić tysiące elektronów , powodując szum elektroniczny i skoki sygnału . W przypadku obwodów cyfrowych może to spowodować niedokładne lub niezrozumiałe wyniki. Jest to szczególnie poważny problem w projektowaniu satelitów , statków kosmicznych , przyszłych komputerów kwantowych , samolotów wojskowych , elektrowni jądrowych i broni jądrowej . W celu zapewnienia prawidłowego działania takich systemów producenci układów scalonych i czujników przeznaczonych na rynek wojskowy czy lotniczy stosują różne metody utwardzania radiacyjnego. O powstałych systemach mówi się, że są utwardzone radiacyjnie , rad-twarde lub (w kontekście) utwardzone .

Główne źródła uszkodzeń radiacyjnych

Typowymi źródłami narażenia elektroniki na promieniowanie jonizujące są pasy radiacyjne Van Allena dla satelitów, reaktory jądrowe w elektrowniach dla czujników i obwodów sterujących, akceleratory cząstek dla elektroniki sterującej, zwłaszcza detektorów cząstek , promieniowanie szczątkowe od izotopów w materiałach opakowaniowych chipów , promieniowanie kosmiczne dla statków kosmicznych i samolotów na dużych wysokościach oraz wybuchów nuklearnych dla potencjalnie całej elektroniki wojskowej i cywilnej.

  • Promienie kosmiczne docierają ze wszystkich kierunków i składają się z około 85% protonów , 14% cząstek alfa i 1% ciężkich jonów , razem z promieniowaniem rentgenowskim i gamma. Większość efektów jest powodowana przez cząstki o energiach od 0,1 do 20 GeV . Atmosfera filtruje większość z nich, więc są one problemem przede wszystkim dla statków kosmicznych i samolotów na dużych wysokościach, ale mogą również wpływać na zwykłe komputery na powierzchni.
  • Zdarzenia cząstek słonecznych pochodzą z kierunku Słońca i składają się z dużego strumienia wysokoenergetycznych (kilka GeV) protonów i ciężkich jonów, którym ponownie towarzyszy promieniowanie rentgenowskie.
  • Pasy promieniowania Van Allena zawierają elektrony (do około 10 MeV) i protony (do 100s MeV) uwięzione w polu geomagnetycznym . Strumień cząstek w regionach oddalonych od Ziemi może się znacznie różnić w zależności od rzeczywistych warunków Słońca i magnetosfery . Ze względu na swoje położenie stanowią zagrożenie dla satelitów.
  • Cząstki wtórne powstają w wyniku oddziaływania innych rodzajów promieniowania ze strukturami otaczającymi urządzenia elektroniczne.
  • Reaktory jądrowe wytwarzają promieniowanie gamma i promieniowanie neutronowe, które może wpływać na obwody czujników i sterowania w elektrowniach jądrowych .
  • Akceleratory cząstek wytwarzają protony i elektrony o wysokiej energii, a wtórne cząstki powstające w wyniku ich interakcji powodują znaczne uszkodzenia radiacyjne wrażliwych elementów sterujących i detektorów cząstek, rzędu wielkości 10 MRad[Si]/rok dla systemów takich jak Wielki Zderzacz Hadronów .
  • Eksplozje nuklearne wytwarzają krótki i niezwykle intensywny wzrost poprzez szerokie spektrum promieniowania elektromagnetycznego, impuls elektromagnetyczny (EMP), promieniowanie neutronowe oraz strumień zarówno pierwotnych, jak i wtórnych naładowanych cząstek. W przypadku wojny nuklearnej stanowią potencjalne zagrożenie dla całej elektroniki cywilnej i wojskowej.
  • Materiały do ​​pakowania chipów były podstępnym źródłem promieniowania, które w latach 70. powodowało miękkie błędy w nowych chipach DRAM . Ślady pierwiastków radioaktywnych w opakowaniu chipów wytwarzały cząstki alfa, które od czasu do czasu rozładowywały niektóre kondensatory używane do przechowywania bitów danych DRAM. Efekty te zostały dziś zredukowane dzięki zastosowaniu czystszych materiałów opakowaniowych i zastosowaniu kodów korekcji błędów do wykrywania i często korygowania błędów DRAM.

Wpływ promieniowania na elektronikę

Podstawowe mechanizmy

Zachodzą dwa podstawowe mechanizmy uszkodzeń:

Przemieszczenie sieci

Przemieszczenie sieci jest spowodowane przez neutrony , protony, cząstki alfa, ciężkie jony i fotony gamma o bardzo wysokiej energii . Zmieniają one układ atomów w sieci krystalicznej , powodując trwałe uszkodzenia i zwiększając liczbę centrów rekombinacji , uszczuplając nośniki mniejszościowe i pogarszając właściwości analogowe dotkniętych złączy półprzewodnikowych . Wbrew intuicji, wyższe dawki w krótkim czasie powodują częściowe wyżarzanie („gojenie”) uszkodzonej sieci, prowadząc do mniejszego stopnia uszkodzenia niż przy tych samych dawkach podawanych z małą intensywnością przez długi czas (LDR lub Niska Dawka). Ten rodzaj problemu jest szczególnie istotny w tranzystorach bipolarnych , które są zależne od nośników mniejszościowych w swoich obszarach bazowych; zwiększone straty spowodowane rekombinacją powodują utratę wzmocnienia tranzystora (patrz efekty neutronowe ). Komponenty certyfikowane jako wolne od ELDRS (Enhanced Low Dose Rate Sensitive), nie wykazują uszkodzeń przy strumieniach poniżej 0,01 rad(Si)/s = 36 rad(Si)/h.

Efekty jonizacji

Efekty jonizacji są powodowane przez naładowane cząstki, w tym te, których energia jest zbyt niska, aby wywołać efekt sieciowy. Efekty jonizacji są zwykle przemijające, tworząc trzaski i miękkie błędy, ale mogą prowadzić do zniszczenia urządzenia, jeśli uruchomią inne mechanizmy uszkadzania (np. zatrzask ). Fotoprądy wywołane promieniowaniem ultrafioletowym i rentgenowskim również mogą należeć do tej kategorii. Stopniowa akumulacja dziur w warstwie tlenku w tranzystorach MOSFET prowadzi do pogorszenia ich wydajności, aż do awarii urządzenia, gdy dawka jest wystarczająco wysoka (patrz efekt całkowitej dawki jonizującej ).

Efekty mogą się bardzo różnić w zależności od wszystkich parametrów – rodzaju promieniowania, całkowitej dawki i strumienia promieniowania, kombinacji rodzajów promieniowania, a nawet rodzaju obciążenia urządzenia (częstotliwość robocza, napięcie robocze, aktualny stan tranzystora w chwili uderzenie cząstki) – co sprawia, że ​​dokładne badanie jest trudne, czasochłonne i wymagające wielu próbek testowych.

Efekty wynikowe

Efekty „użytkownika końcowego” można scharakteryzować w kilku grupach,

Neutron oddziałujący z siecią półprzewodnikową przesunie jej atomy. Prowadzi to do wzrostu liczby centrów rekombinacji i defektów głębokiego poziomu , skracając żywotność nośników mniejszościowych, wpływając tym samym na urządzenia bipolarne bardziej niż na CMOS . Urządzenia bipolarne na krzemie wykazują tendencję do wykazywania zmian parametrów elektrycznych na poziomie od 10 10 do 10 11 neutronów/cm², urządzenia CMOS nie są dotknięte do 10 15 neutronów/cm². Czułość urządzeń może wzrastać wraz ze wzrostem stopnia integracji i zmniejszaniem wielkości poszczególnych struktur. Istnieje również ryzyko indukowanej radioaktywności spowodowanej aktywacją neutronów , która jest głównym źródłem hałasu w wysokoenergetycznych instrumentach astrofizycznych . Promieniowanie indukowane, wraz z promieniowaniem resztkowym pochodzącym od zanieczyszczeń w stosowanych materiałach, może powodować różnego rodzaju jednorazowe problemy w okresie eksploatacji urządzenia. Diody GaAs , powszechne w transoptorach , są bardzo wrażliwe na neutrony. Uszkodzenie sieci wpływa na częstotliwość oscylatorów kryształowych . Należą do nich również efekty energii kinetycznej (mianowicie przemieszczenie sieci) naładowanych cząstek.

Całkowite efekty dawki jonizującej

Skumulowane uszkodzenie sieci półprzewodnikowej ( uszkodzenie przemieszczenia sieci ) spowodowane promieniowaniem jonizującym w czasie ekspozycji. Jest mierzony w radach i powoduje powolną, stopniową degradację wydajności urządzenia. Całkowita dawka większa niż 5000 radów dostarczona do urządzeń opartych na krzemie w ciągu kilku sekund lub minut spowoduje długotrwałą degradację. W urządzeniach CMOS promieniowanie tworzy pary elektron-dziura w warstwach izolacji bramki, które photocurrents powodują podczas ich rekombinacji i otwory uwięzione w sieci krystalicznej wad izolatora utrwalić bramy polaryzację i wpływać tranzystorów napięcie progowe , dzięki czemu Tranzystory MOSFET typu N są łatwiejsze, a tranzystory typu P trudniejsze do włączenia. Nagromadzony ładunek może być wystarczająco wysoki, aby tranzystory były stale otwarte (lub zamknięte), co prowadzi do awarii urządzenia. Pewne samoleczenie następuje z czasem, ale efekt ten nie jest zbyt znaczący. Efekt ten jest taki sam, jak degradacja gorącego nośnika w wysoko zintegrowanej, szybkiej elektronice. Oscylatory kryształowe są w pewnym stopniu wrażliwe na dawki promieniowania, które zmieniają ich częstotliwość. Czułość może być znacznie zmniejszona przez użycie przemiatanego kwarcu . Szczególnie wrażliwe są naturalne kryształy kwarcu . Krzywe wydajności promieniowania dla testów TID mogą być generowane dla wszystkich procedur testowania efektów wynikowych. Krzywe te pokazują trendy wydajności w całym procesie testu TID i są zawarte w raporcie z testu promieniowania.

Przejściowe skutki dawki

Krótkotrwały impuls promieniowania o wysokiej intensywności, zwykle występujący podczas wybuchu jądrowego. Wysoki strumień promieniowania tworzy fotoprądy w całym ciele półprzewodnika, powodując losowe otwieranie tranzystorów, zmieniając stany logiczne przerzutników i komórek pamięci . Trwałe uszkodzenie może wystąpić, jeśli czas trwania impulsu jest zbyt długi lub jeśli impuls powoduje uszkodzenie złącza lub zatrzask. Zatrzaski są zwykle spowodowane promieniowaniem rentgenowskim i błyskiem promieniowania gamma podczas wybuchu jądrowego. Oscylatory kryształowe mogą przestać oscylować na czas trwania błysku z powodu szybkiego fotoprzewodnictwa indukowanego w kwarcu.

Efekty EMP generowane przez systemy

SGEMP są spowodowane błyskiem promieniowania przechodzącym przez sprzęt i powodującym lokalną jonizację i prądy elektryczne w materiale chipów, płytek drukowanych , kabli elektrycznych i obudów.

Uszkodzenia cyfrowe: ZOBACZ

Efekty pojedynczego zdarzenia (SEE) były intensywnie badane od lat siedemdziesiątych. Kiedy wysokoenergetyczna cząstka przechodzi przez półprzewodnik, pozostawia za sobą zjonizowany ślad. Ta jonizacja może powodować wysoce zlokalizowany efekt podobny do przejściowej dawki - łagodny błąd na wyjściu, mniej łagodne przerzucanie bitów w pamięci lub rejestrze lub, zwłaszcza w tranzystorach dużej mocy , destrukcyjne zatrzaskiwanie i przepalenie. Efekty pojedynczego zdarzenia mają znaczenie dla elektroniki w satelitach, samolotach i innych cywilnych i wojskowych zastosowaniach lotniczych. Czasami, w obwodach bez zatrzasków, pomocne jest wprowadzenie obwodów stałych czasowych RC, które spowalniają czas reakcji obwodu poza czas trwania SEE.

Jednorazowe zdarzenie przejściowe

SET ma miejsce, gdy ładunek zebrany ze zdarzenia jonizacyjnego rozładowuje się w postaci fałszywego sygnału przechodzącego przez obwód. Jest to de facto efekt wyładowania elektrostatycznego . Błąd miękki, odwracalny.

Jedno zdarzenie zdenerwowane

Zakłócenia pojedynczego zdarzenia (SEU) lub przejściowe efekty promieniowania w elektronice to zmiany stanu bitów pamięci lub rejestru spowodowane interakcją pojedynczego jonu z chipem. Nie powodują trwałego uszkodzenia urządzenia, ale mogą powodować trwałe problemy w systemie, który nie może się naprawić po takim błędzie. Błąd miękki, odwracalny. W bardzo wrażliwych urządzeniach pojedynczy jon może spowodować zakłócenie wielobitowe (MBU) w kilku sąsiednich komórkach pamięci. SEU mogą stać się przerwaniami funkcjonalnymi pojedynczego zdarzenia ( SEFI ), gdy zakłócają obwody sterujące, takie jak maszyny stanów , umieszczając urządzenie w niezdefiniowanym stanie, trybie testowym lub zatrzymaniu, co wymagałoby zresetowania lub ponownego włączenia zasilania w celu przywrócenia .

Zatrzask jednozdarzeniowy

SEL może wystąpić w każdym chipie o pasożytniczej strukturze PNPN . Ciężki jon lub proton o wysokiej energii przechodzący przez jedno z dwóch połączeń tranzystora wewnętrznego może włączyć strukturę podobną do tyrystora , która następnie pozostaje „ zwarta ” (efekt znany jako zatrzask ), dopóki urządzenie nie zostanie uruchomione . Ponieważ efekt może wystąpić między źródłem zasilania a podłożem, może wystąpić destrukcyjnie wysoki prąd i część może ulec awarii. Twardy błąd, nieodwracalny. Masowe urządzenia CMOS są najbardziej podatne.

Snapback z jednym wydarzeniem

Snapback pojedynczego zdarzenia jest podobny do, ale nie wymaga SEL strukturę PNPN, może być indukowany w N kanałów MOS, tranzystorów przełączania dużych prądów, gdy jon trafienia w pobliżu węzła spustowym i powoduje lawinowego mnożenia z nośników ładunku . Tranzystor następnie otwiera się i pozostaje otwarty. Twardy błąd, nieodwracalny.

Wypalenie wywołane jednym zdarzeniem

SEB może wystąpić w tranzystorach MOSFET mocy, gdy podłoże tuż pod regionem źródłowym zostanie przesunięte w kierunku przewodzenia, a napięcie dren-źródło jest wyższe niż napięcie przebicia struktur pasożytniczych. Wynikający z tego duży prąd i miejscowe przegrzanie mogą spowodować zniszczenie urządzenia. Twardy błąd, nieodwracalny.

Zerwanie bramy pojedynczego zdarzenia

SEGR zaobserwowano w tranzystorach MOSFET mocy, gdy ciężki jon uderza w obszar bramki, podczas gdy do bramki przykładane jest wysokie napięcie. W warstwie izolacyjnej dwutlenku krzemu dochodzi do lokalnego przebicia , powodując lokalne przegrzanie i zniszczenie (wyglądające jak mikroskopijna eksplozja ) obszaru bramy. Może wystąpić nawet w ogniwach EEPROM podczas zapisu lub kasowania, gdy ogniwa są poddawane działaniu stosunkowo wysokiego napięcia. Twardy błąd, nieodwracalny.

ZOBACZ testy

Podczas gdy wiązki protonów są szeroko stosowane w testach SEE ze względu na dostępność, przy niższych energiach napromieniowanie protonami może często nie doceniać podatności na SEE. Ponadto wiązki protonów narażają urządzenia na ryzyko awarii całkowitej dawki jonizującej (TID), co może zaciemnić wyniki testów protonów lub spowodować przedwczesną awarię urządzenia. Wiązki białych neutronów — rzekomo najbardziej reprezentatywna metoda badania SEE — są zwykle uzyskiwane ze źródeł stałych, co skutkuje niejednorodnością strumienia i małymi obszarami wiązki. Wiązki białych neutronów mają również pewną miarę niepewności w swoim widmie energetycznym, często o wysokiej zawartości neutronów termicznych.

Wad zarówno protonowych, jak i spallacyjnych źródeł neutronów można uniknąć, stosując do badań SEE monoenergetyczne neutrony 14 MeV. Potencjalnym problemem jest to, że efekty pojedynczego zdarzenia wywołane monoenergetycznymi neutronami nie będą dokładnie odzwierciedlać rzeczywistych skutków neutronów atmosferycznych o szerokim spektrum. Jednak ostatnie badania wykazały, że wręcz przeciwnie, monoenergetyczne neutrony – zwłaszcza neutrony 14 MeV – mogą być wykorzystywane do dość dokładnego zrozumienia przekrojów SEE we współczesnej mikroelektronice.

Szczególnie interesujące badanie, przeprowadzone w 2010 r. przez Normanda i Dominika, dobitnie demonstruje skuteczność neutronów o energii 14 MeV.

Techniki utwardzania radiacyjnego

Utwardzana promieniowaniem matryca mikrokontrolera 1886VE10 przed trawieniem metalizacyjnym
Promieniowaniem jonizującym matrycę z 1886VE10 mikrokontrolera po metalizacja trawienie proces stosowany

Fizyczny

Utwardzone wióry są często wytwarzane na podłożach izolacyjnych zamiast zwykłych płytek półprzewodnikowych . Powszechnie stosuje się krzem na izolatorze ( SOI ) i krzem na szafirze ( SOS ). Podczas gdy normalne chipy klasy komercyjnej mogą wytrzymać od 50 do 100 szarości (5 do 10 k rad ), to chipy SOI i SOS klasy kosmicznej mogą wytrzymać dawki od 1000 do 3000 szarości (100 do 300 k rad ). W pewnym momencie wiele chipów z serii 4000 było dostępnych w wersjach utwardzanych radiacyjnie (RadHard). Chociaż SOI eliminuje zdarzenia zatrzaskowe, nie ma gwarancji poprawy twardości TID i SEE.

Bipolarne układy scalone mają na ogół wyższą tolerancję na promieniowanie niż układy CMOS. Seria Schottky (LS) 5400 o małej mocy może wytrzymać 1000 kradów, a wiele urządzeń ECL może wytrzymać 10 000 kradów.

Magnetorezystywna pamięć RAM lub MRAM jest uważana za prawdopodobnego kandydata do zapewnienia utwardzonej promieniowaniem, wielokrotnego zapisu, nieulotnej pamięci przewodnika. Zasady fizyczne i wczesne testy sugerują, że pamięć MRAM nie jest podatna na utratę danych wywołaną jonizacją.

Osłonięcie opakowania przed radioaktywnością w celu zmniejszenia narażenia gołego urządzenia.

DRAM oparty na kondensatorach jest często zastępowany przez bardziej wytrzymałą (ale większą i droższą) SRAM .

Wybór podłoża z szeroką przerwą energetyczną , co daje większą tolerancję na wady głębokiego poziomu; np. węglik krzemu lub azotek galu .

Osłonięcie samych chipów przez użycie zubożonego boru (składającego się tylko z izotopu boru-11) w warstwie pasywacyjnej szkła borofosfokrzemianowego chroniącej chipy, ponieważ naturalnie występujący bor-10 łatwo wychwytuje neutrony i ulega rozpadowi alfa (patrz błąd miękki ).

Zastosowanie większego niż zwykle węzła procesowego w celu zapewnienia zwiększonej odporności na promieniowanie. Ze względu na wysokie koszty opracowania nowych procesów utwardzanych promieniowaniem, najmniejszy „prawdziwy” proces rad-twardy (RHBP, Rad-Hard By Process) wynosi 150 nm od 2016 r., jednak dostępne były FPGA o twardym promieniowaniu 65 nm, które wykorzystywały pewne technik stosowanych w „prawdziwych” procesach rad-hard (RHBD, Rad-Hard By Design). Od 2019 r. dostępne są procesy rad-hard 110 nm.

Zastosowanie komórek SRAM z większą liczbą tranzystorów na komórkę niż zwykle (czyli 4T lub 6T), co sprawia, że ​​komórki są bardziej tolerancyjne na SEU kosztem większego zużycia energii i rozmiaru na komórkę.

Wykorzystanie tranzystorów Edge-less CMOS, które mają niekonwencjonalną budowę fizyczną wraz z niekonwencjonalnym układem fizycznym.

Logiczny

Pamięć korekcji błędów ( pamięć ECC) wykorzystuje dodatkowe bity parzystości do sprawdzania i ewentualnego poprawiania uszkodzonych danych. Ponieważ efekty promieniowania uszkadzają zawartość pamięci, nawet gdy system nie ma dostępu do pamięci RAM, obwód „ skruber ” musi stale zamiatać pamięć RAM; odczytywanie danych, sprawdzanie parzystości pod kątem błędów danych, a następnie zapisywanie wszelkich poprawek do pamięci RAM.

Elementy nadmiarowe mogą być używane na poziomie systemu. Trzy oddzielne płytki mikroprocesorowe mogą niezależnie obliczać odpowiedź na obliczenia i porównywać swoje odpowiedzi. Każdy system, który daje wynik mniejszościowy, zostanie przeliczony. Logika może być dodana w taki sposób, że jeśli w tym samym systemie wystąpią powtarzające się błędy, płyta zostanie wyłączona.

Elementy nadmiarowe mogą być stosowane na poziomie obwodu. Pojedynczy bit może być zastąpiony trzema bitami i oddzielną „ logiką głosowania ” dla każdego bitu, aby w sposób ciągły określać jego wynik ( potrójna redundancja modułowa ). Zwiększa to obszar konstrukcji chipa o współczynnik 5, więc musi być zarezerwowany dla mniejszych projektów. Ale ma dodatkową zaletę, że jest również „bezpieczny w razie awarii” w czasie rzeczywistym. W przypadku awarii pojedynczego bitu (która może nie być związana z promieniowaniem), logika głosowania będzie nadal generować poprawny wynik bez uciekania się do timera watchdog . Głosowanie na poziomie systemu między trzema oddzielnymi systemami procesorowymi będzie zazwyczaj wymagało użycia pewnej logiki głosowania na poziomie obwodu, aby przeprowadzić głosowanie między trzema systemami procesorowymi.

Można stosować zatrzaski hartowane.

Zegar nadzorujący wykona twardy reset systemu, chyba że zostanie wykonana jakaś sekwencja, która ogólnie wskazuje, że system działa, na przykład operacja zapisu z wbudowanego procesora. Podczas normalnej pracy oprogramowanie planuje zapis do timera watchdog w regularnych odstępach czasu, aby zapobiec wyczerpaniu się timera. Jeśli promieniowanie powoduje nieprawidłowe działanie procesora, jest mało prawdopodobne, że oprogramowanie będzie działać wystarczająco poprawnie, aby wyczyścić licznik czasu watchdog. Watchdog w końcu przestaje działać i wymusza twardy reset systemu. Jest to uważane za ostatnią deskę ratunku do innych metod utwardzania radiacyjnego.

Zastosowania w przemyśle wojskowym i kosmicznym

Elementy zabezpieczone przed promieniowaniem oraz promieniowanie tolerancyjny są często wykorzystywane w zastosowaniach wojskowych i lotniczych, w tym (Pol) aplikacji Point-of-load, zasilacze system satelitarny, ustąpić regulatorów przełączających , mikroprocesory , układy FPGA , FPGA źródeł energii oraz wysoką wydajność, niskie zasilacze podsystemu napięciowego.

Jednak nie wszystkie komponenty klasy wojskowej są utwardzane promieniowaniem. Na przykład amerykański MIL-STD-883 zawiera wiele testów związanych z promieniowaniem, ale nie ma specyfikacji dla częstotliwości zatrzaskiwania pojedynczego zdarzenia. Fobos-Grunt może nie udało ze względu na podobnym założeniu.

Twardość jądrowa dla telekomunikacji

W telekomunikacji termin twardość jądrowa ma następujące znaczenia: 1) określenie zakresu, w jakim przewiduje się pogorszenie działania systemu , obiektu lub urządzenia w danym środowisku jądrowym, 2) fizyczne cechy systemu lub komponent elektroniczny , który pozwoli na przetrwanie w środowisku zawierającym promieniowanie jądrowe i impulsy elektromagnetyczne (EMP).

Uwagi

  1. Twardość jądrowa może być wyrażona w kategoriach podatności lub wrażliwości .
  2. Należy określić lub określić zakres oczekiwanego pogorszenia wydajności ( np. czas przestoju, utrata danych i uszkodzenie sprzętu). Środowisko ( np. poziomy promieniowania, nadciśnienie, prędkości szczytowe, pochłonięta energia i naprężenie elektryczne) muszą być zdefiniowane lub określone.
  3. Fizyczne atrybuty systemu lub komponentu, które pozwolą na określony stopień przetrwania w danym środowisku stworzonym przez broń jądrową.
  4. Twardość jądrowa jest określana dla określonych lub rzeczywistych skwantyfikowanych warunków środowiskowych i parametrów fizycznych, takich jak szczytowe poziomy promieniowania, nadciśnienie, prędkości, pochłonięta energia i naprężenie elektryczne. Osiąga się to poprzez specyfikacje projektowe i jest weryfikowane za pomocą technik testowych i analitycznych.

Przykłady komputerów rad-hard

  • Oparte na ARM :
  • Oparte na RISC-V :


    • Zobacz także: Porównanie wbudowanych systemów komputerowych na pokładzie łazików marsjańskich

    Zobacz też

    Bibliografia

    Książki i raporty

    • Calligaro, Christiano; Gatti, Umberto (2018). Rad-twarde pamięci półprzewodnikowe . Seria River Publishers w materiałach i urządzeniach elektronicznych. Wydawcy rzeczni. Numer ISBN 978-8770220200.
    • Holmes-Siedle, Andrew; Adams, Len (2002). Podręcznik efektów promieniowania (druga ed.). Oxford University Press. Numer ISBN 0-19-850733-X.
    • Leon-Florian, E.; Schönbacher, H.; Tavlet, M. (1993). Kompilacja danych metod dozymetrycznych i źródeł promieniowania do badań materiałowych (Raport). Komisja Dozoru Technicznego i Bezpieczeństwa CERN . CERN-TIS-CFM-IR-93-03.
    • Ma, Tso-Ping; Dressendorfer, Paul V. (1989). Efekty promieniowania jonizującego w urządzeniach i obwodach MOS . Nowy Jork: John Wiley i synowie. Numer ISBN 0-471-84893-X.
    • Posłaniec, George C.; Ash, Milton S. (1992). Skutki promieniowania na systemy elektroniczne (druga red.). Nowy Jork: Van Nostrand Reinhold. Numer ISBN 0-442-23952-1.
    • Oldham, Timothy R. (2000). Efekty promieniowania jonizującego w tlenkach MOS . Międzynarodowa seria na temat postępów w elektronice i technologii półprzewodnikowej. Światowy Naukowy. doi : 10.1142/3655 . Numer ISBN 978-981-02-3326-6.
    • Półmisek, Dale G. (2006). Archiwum krótkich zeszytów kursów dotyczących efektów promieniowania (1980–2006) . IEEE . Numer ISBN 1-4244-0304-9.
    • Schrimpf, Ronald D.; Fleetwood, Daniel M. (lipiec 2004). Skutki promieniowania i błędy miękkie w układach scalonych i urządzeniach elektronicznych . Wybrane zagadnienia z elektroniki i systemów. 34 . Światowy Naukowy. doi : 10.1142/5607 . Numer ISBN 978-981-238-940-4.
    • Schroder, Dieter K. (1990). Charakterystyka materiałów półprzewodnikowych i urządzeń . Nowy Jork: John Wiley i synowie. Numer ISBN 0-471-51104-8.
    • Schulman, James Herbert; Compton, Walter Dale (1962). Centra kolorów w bryłach . Międzynarodowa seria monografii Fizyki Ciała Stałego. 2 . Prasa Pergamońska.
    • Holmes-Siedle, Andrew; van Lint, Victor AJ (2000). „Skutki promieniowania w materiałach i urządzeniach elektronicznych”. W Meyers, Robert A. (red.). Encyklopedia Fizyki i Technologii . 13 (wyd. trzecie). Nowy Jork: prasa akademicka. Numer ISBN 0-12-227423-7.
    • van Lint, Victor AJ; Flanagan, Terry M.; Leadon, Roland Eugene; Nabera, Jamesa Allena; Rogers, Vern C. (1980). Mechanizmy efektów promieniowania w materiałach elektronicznych . 1 . Nowy Jork: John Wiley i synowie. Kod Bibcode : 1980STIA...8113073V . Numer ISBN 0-471-04106-8.
    • Watkins, George D. (1986). „Wakat kratowy w krzemie”. W Pantelides, Sokrates T. (red.). Głębokie centra w półprzewodnikach: najnowocześniejsze podejście (wyd. drugie). Nowy Jork: Gordon i Breach. Numer ISBN 2-88124-109-3.
    • Watts, Stephen J. (1997). „Przegląd uszkodzeń radiacyjnych w detektorach krzemowych — modele i inżynieria defektów”. Przyrządy i Metody Jądrowe w Fizyce Badania Sekcja A . 386 (1): 149–155. Kod bib : 1997NIMPA.386..149W . doi : 10.1016/S0168-9002(96)01110-2 .
    • Ziegler, James F.; Biersack, Jochen P.; Littmark, Uffe (1985). Zatrzymanie i zakres jonów w ciałach stałych . 1 . Nowy Jork: Pergamon Press. Numer ISBN 0-08-021603-X.

    Zewnętrzne linki