กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 12 นาที

การเสริมความทนทานต่อรังสี

เปลี่ยนเส้นทางไปยังหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

การเสริมความแข็งแกร่งของรังสีคือกระบวนการทำให้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และวงจรทนต่อความเสียหายหรือการทำงานผิดปกติที่เกิดจากรังสีไอออนไนซ์ ระดับสูง ( รังสีอนุภาค และ...

การเสริมความทนทานต่อรังสี

การเสริมความแข็งแกร่งของรังสีคือกระบวนการทำให้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และวงจรทนต่อความเสียหายหรือการทำงานผิดปกติที่เกิดจากรังสีไอออนไนซ์ ระดับสูง ( รังสีอนุภาค และ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง) [ 1 ]โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมในอวกาศ (โดยเฉพาะนอกวงโคจรต่ำของโลก ) รอบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และเครื่องเร่งอนุภาคหรือระหว่างอุบัติเหตุนิวเคลียร์หรือสงครามนิวเคลียร์

ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่ไวต่อความเสียหายจากรังสี และ ส่วนประกอบ ที่ทนต่อรังสี ( rad-hard ) นั้นมีพื้นฐานมาจากส่วนประกอบที่ไม่ทนต่อรังสี โดยมีการเปลี่ยนแปลงการออกแบบและการผลิตบางอย่างที่ช่วยลดความไวต่อความเสียหายจากรังสี เนื่องจากความต้องการต่ำและการพัฒนาและการทดสอบอย่างกว้างขวางที่จำเป็นในการผลิตชิปไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ที่ทนต่อรังสี เทคโนโลยีของชิปที่ทนต่อรังสีจึงมักจะล้าหลังกว่าการพัฒนาล่าสุด[ 2 ]นอกจากนี้โดยทั่วไปแล้วยังมีราคาแพงกว่าชิปเชิงพาณิชย์ทั่วไปอีกด้วย[ 2 ]

โดยทั่วไป ผลิตภัณฑ์ที่ทนต่อรังสีจะได้รับการทดสอบด้วยการทดสอบผลกระทบที่เกิดขึ้นอย่างน้อยหนึ่งรายการ ซึ่งรวมถึงปริมาณรังสีไอออนไนซ์ทั้งหมด (TID), ผลกระทบจากอัตราปริมาณรังสีต่ำที่เพิ่มขึ้น (ELDRS), ความเสียหายจากการเคลื่อนที่ของนิวตรอนและโปรตอน และผลกระทบจากเหตุการณ์เดียว (SEE)

ปัญหาที่เกิดจากรังสี

สภาพแวดล้อมที่มีรังสีไอออนไนซ์ในระดับสูงก่อให้เกิดความท้าทายในการออกแบบเป็นพิเศษอนุภาคประจุ เพียงอนุภาคเดียวสามารถทำให้ อิเล็กตรอนหลายพันตัวหลุดออกไป ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์และสัญญาณกระชากในกรณีของวงจรดิจิทัล สิ่งนี้อาจทำให้ผลลัพธ์ไม่ถูกต้องหรือไม่สามารถเข้าใจ ได้นี่เป็นปัญหาที่ร้ายแรงเป็นพิเศษในการออกแบบดาวเทียม ยานอวกาศคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]เครื่องบินทหารโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และอาวุธนิวเคลียร์เพื่อให้มั่นใจว่าระบบดังกล่าวทำงานได้อย่างถูกต้อง ผู้ผลิตวงจรรวมและเซ็นเซอร์ที่มุ่งเป้าไปที่ ตลาด ทางทหารหรืออวกาศจึงใช้วิธีการต่างๆ ในการทำให้ทนทานต่อรังสี ระบบที่ได้นั้นเรียกว่าทนทานต่อรังสี( rad(iation)-hardened rad -hardหรือ (ในบริบทนี้) hardened

แหล่งที่มาหลักของความเสียหายจากรังสี

แหล่งที่มาทั่วไปของการแผ่รังสีไอออนไนซ์ต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ได้แก่ เข็มขัดรังสีแวนอัลเลนสำหรับดาวเทียม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในโรงไฟฟ้าสำหรับเซ็นเซอร์และวงจรควบคุม เครื่องเร่งอนุภาคสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม (โดยเฉพาะ อุปกรณ์ ตรวจจับอนุภาค ) รังสีตกค้างจากไอโซโทปในวัสดุบรรจุภัณฑ์ชิปรังสีคอสมิกสำหรับยานอวกาศและเครื่องบินที่บินในระดับความสูง และการระเบิดนิวเคลียร์ซึ่งอาจส่งผลต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางทหารและพลเรือนทั้งหมด

อนุภาคทุติยภูมิเกิดขึ้นจากการปฏิสัมพันธ์ของรังสีชนิดอื่นกับโครงสร้างรอบ ๆ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

  • แถบรังสีแวนอัลเลนประกอบด้วยอิเล็กตรอน (สูงถึงประมาณ 10 MeV) และโปรตอน (สูงถึงหลายร้อย MeV) ที่ถูกดักจับอยู่ในสนามแม่เหล็กโลกปริมาณอนุภาคในบริเวณที่อยู่ห่างจากโลกออกไปอาจเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ขึ้นอยู่กับสภาวะจริงของดวงอาทิตย์และสนามแม่เหล็กโลกเนื่องจากตำแหน่งของมัน จึงเป็นเรื่องที่น่ากังวลสำหรับดาวเทียม
  • เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ผลิตรังสีแกมมาและรังสีนิวตรอนซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อวงจรเซ็นเซอร์และวงจรควบคุมในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้
  • เครื่องเร่งอนุภาคผลิตโปรตอนและอิเล็กตรอนพลังงานสูง และอนุภาคทุติยภูมิที่เกิดจากการปฏิสัมพันธ์ของพวกมันก่อให้เกิดความเสียหายจากรังสีอย่างมีนัยสำคัญต่อส่วนประกอบควบคุมและเครื่องตรวจจับอนุภาคที่ไวต่อรังสี โดยมีขนาดประมาณ 10 MRad[Si]/ปี สำหรับระบบเช่นLarge Hadron Collider [ 6 ]
  • วัสดุบรรจุภัณฑ์ของชิปเป็นแหล่งกำเนิดรังสีที่แฝงเร้น ซึ่งพบว่าเป็นสาเหตุของข้อผิดพลาดแบบอ่อนในชิปDRAM รุ่นใหม่ในช่วงทศวรรษ 1970 ธาตุรังสี ที่ปนเปื้อน อยู่ในบรรจุภัณฑ์ของชิปทำให้เกิดอนุภาคอัลฟา ซึ่งบางครั้งอาจทำให้ตัวเก็บประจุที่ใช้เก็บข้อมูล DRAM คายประจุ ผลกระทบเหล่านี้ลดลงแล้วในปัจจุบันโดยการใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่บริสุทธิ์กว่า และใช้รหัสแก้ไขข้อผิดพลาดเพื่อตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดของ DRAM
  • รังสีคอสมิกมาจากทุกทิศทางและประกอบด้วยโปรตอน ประมาณ 85% อนุภาคอัลฟา 14% และไอออนหนัก 1% รวมถึงรังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมา ผลกระทบส่วนใหญ่เกิดจากอนุภาคที่มีพลังงานระหว่าง 0.1 ถึง 20 GeVชั้นบรรยากาศกรองอนุภาคเหล่านี้ส่วนใหญ่ ดังนั้นจึงเป็นปัญหาหลักสำหรับยานอวกาศและเครื่องบินที่บินในระดับความสูงมาก แต่ก็อาจส่งผลกระทบต่อคอมพิวเตอร์ทั่วไปบนพื้นผิวโลกได้เช่นกัน[ 7 ] [ 8 ]
  • ปรากฏการณ์อนุภาคจากดวงอาทิตย์เกิดขึ้นจากทิศทางของดวงอาทิตย์และประกอบด้วยโปรตอนและไอออนหนักพลังงานสูงจำนวนมาก (หลาย GeV) พร้อมกับการแผ่รังสีเอ็กซ์
  • การระเบิดนิวเคลียร์ก่อให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความรุนแรงสูงมากในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งประกอบไปด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า( EMP) รังสีนิวตรอน และอนุภาคประจุทั้งปฐมภูมิและทุติยภูมิ ในกรณีที่เกิดสงครามนิวเคลียร์ การระเบิดนิวเคลียร์อาจเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งพลเรือนและทางทหาร

ผลกระทบของรังสีต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

กลไกพื้นฐาน

กลไกการเกิดความเสียหายพื้นฐานสองประการเกิดขึ้นดังนี้:

การเคลื่อนตัวของโครงตาข่าย

การเคลื่อนที่ของโครงสร้างผลึกเกิดจากนิวตรอนโปรตอน อนุภาคอัลฟา ไอออนหนัก และโฟตอนแกมมา พลังงานสูงมาก อนุภาคเหล่านี้เปลี่ยนแปลงการจัดเรียงของอะตอมในโครงสร้างผลึกทำให้เกิดความเสียหายถาวร และเพิ่มจำนวนศูนย์กลางการรวมตัวใหม่ ทำให้ พาหะส่วนน้อยลดลงและทำให้คุณสมบัติทางอนาล็อกของรอยต่อ เซมิคอนดักเตอร์ที่ได้รับผลกระทบแย่ลง ในทางตรงกันข้าม การให้ปริมาณรังสีสูงในช่วงเวลาสั้นๆ จะทำให้เกิดการอบคืนตัว บางส่วน ("การซ่อมแซม") ของโครงสร้างผลึกที่เสียหาย ส่งผลให้ความเสียหายลดลงกว่าการให้ปริมาณรังสีเท่ากันในความเข้มต่ำเป็นเวลานาน (LDR หรืออัตราการให้รังสีต่ำ) ปัญหาประเภทนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ซึ่งขึ้นอยู่กับพาหะส่วนน้อยในบริเวณฐาน การสูญเสียที่เพิ่มขึ้นจากการรวมตัวใหม่ ทำให้สูญเสีย อัตราขยายของทรานซิสเตอร์(ดูผลกระทบจากนิวตรอน ) ชิ้นส่วนที่ได้รับการรับรองว่าปราศจาก ELDRS (enhanced low dose rate sensitive) จะไม่แสดงความเสียหายเมื่อได้รับรังสีในปริมาณต่ำกว่า 0.01 rad(Si)/s = 36 rad(Si)/h

ผลกระทบจากการแตกตัวเป็นไอออน

ปรากฏการณ์ไอออนไนเซชันเกิดจากอนุภาคที่มีประจุ รวมถึงอนุภาคที่มีพลังงานต่ำเกินกว่าจะทำให้เกิดผลกระทบต่อโครงสร้างผลึก โดยทั่วไปแล้วปรากฏการณ์ไอออนไนเซชันมักเกิดขึ้นชั่วคราว ทำให้เกิดความผิดพลาดเล็กน้อย แต่สามารถนำไปสู่การทำลายอุปกรณ์ได้หากไปกระตุ้นกลไกการทำลายอื่นๆ (เช่น การลัดวงจร ) กระแสไฟฟ้า จากแสง ที่เกิดจาก รังสี อัลตราไวโอเลตและรังสีเอ็กซ์ก็อาจอยู่ในประเภทนี้เช่นกัน การสะสมของประจุบวกในชั้นออกไซด์ใน ทรานซิสเตอร์ MOSFET อย่างค่อยเป็นค่อยไป จะทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง จนถึงขั้นอุปกรณ์เสียหายเมื่อปริมาณรังสีสูงมากพอ (ดูผลกระทบจากปริมาณรังสีไอออนไนเซชันทั้งหมด )

ผลกระทบอาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นชนิดของรังสี ปริมาณรังสีทั้งหมด และฟลักซ์ของรังสี การผสมผสานของรังสีชนิดต่างๆ และแม้แต่ชนิดของโหลดของอุปกรณ์ (ความถี่ในการทำงาน แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน สถานะจริงของทรานซิสเตอร์ในขณะที่ถูกอนุภาคกระทบ) ซึ่งทำให้การทดสอบอย่างละเอียดทำได้ยาก ใช้เวลานาน และต้องใช้ตัวอย่างทดสอบจำนวนมาก

ผลที่เกิดขึ้น

ผลกระทบต่อ "ผู้ใช้งานขั้นสุดท้าย" สามารถแบ่งออกได้เป็นหลายกลุ่ม:

ผลกระทบจากนิวตรอน

นิวตรอนที่ทำปฏิกิริยากับโครงสร้างผลึกของสารกึ่งตัวนำจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอะตอมในโครงสร้างผลึก ส่งผลให้จำนวนศูนย์กลางการรวมตัวใหม่และข้อบกพร่องระดับลึก เพิ่มขึ้น ลดอายุการใช้งานของตัวพาประจุส่วนน้อย ดังนั้นจึงส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์ไบโพลาร์มากกว่า อุปกรณ์ CMOSอุปกรณ์ไบโพลาร์บนซิลิคอนมักแสดงการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่ระดับ 10¹⁰ ถึง 10¹¹ นิวตรอน /cm² ในขณะที่อุปกรณ์ CMOS จะไม่ได้รับผลกระทบจนกว่าจะถึง 10¹⁵ นิวตรอน /cm² ความไวของอุปกรณ์อาจเพิ่มขึ้นพร้อมกับระดับการรวมวงจรที่เพิ่มขึ้นและขนาดของโครงสร้างแต่ละส่วนที่ลดลง นอกจากนี้ยังมีความเสี่ยงต่อการเกิดกัมมันตภาพรังสีเหนี่ยวนำที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยนิวตรอนซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนหลักใน เครื่องมือทาง ฟิสิกส์ดาราศาสตร์พลังงานสูงรังสีเหนี่ยวนำร่วมกับรังสีตกค้างจากสิ่งเจือปนในวัสดุส่วนประกอบสามารถก่อให้เกิดปัญหาเหตุการณ์เดียวต่างๆ มากมายตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์หลอด LED ชนิด GaAs ซึ่งพบได้ทั่วไปในออปโตคัปเปลอร์มีความไวต่ออนุภาคนิวตรอนมาก ความเสียหายของโครงสร้างผลึกส่งผลต่อความถี่ของออสซิลเลเตอร์แบบผลึก ผลกระทบจากพลังงานจลน์ (โดยเฉพาะการเคลื่อนที่ของโครงสร้างผลึก) ของอนุภาคที่มีประจุก็เกี่ยวข้องด้วยเช่นกัน

ผลกระทบจากปริมาณรังสีไอออนไนซ์ทั้งหมด

ผลกระทบจากปริมาณรังสีไอออนไนซ์ทั้งหมดแสดงถึงความเสียหายสะสมของโครงสร้างผลึกเซมิคอนดักเตอร์ ( ความเสียหาย จากการเคลื่อนที่ของโครงสร้างผลึก ) ที่เกิดจากการสัมผัสกับรังสีไอออนไนซ์เป็นเวลานาน โดยวัดเป็นหน่วยแรดและทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ลดลงอย่างช้าๆ ปริมาณรังสีรวมที่มากกว่า 5000 แรดที่ส่งไปยังอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอนในช่วงเวลาไม่กี่วินาทีถึงไม่กี่นาทีจะทำให้เกิดการเสื่อมสภาพในระยะยาว ในอุปกรณ์ CMOS รังสีจะสร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮลในชั้นฉนวนเกต[ 9 ]ซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าจากแสงในระหว่างการรวมตัวกัน และโฮลที่ติดอยู่ในข้อบกพร่องของโครงสร้างผลึกในฉนวนจะสร้างการไบ แอสเกตอย่างต่อเนื่อง และส่งผลต่อแรงดันเกณฑ์ ของทรานซิสเตอร์ ทำให้ทรานซิสเตอร์ MOSFET ชนิด N เปิดได้ง่ายกว่าและชนิด P เปิดได้ยากกว่า ประจุที่สะสมอาจสูงพอที่จะทำให้ทรานซิสเตอร์เปิด (หรือปิด) อย่างถาวร ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของอุปกรณ์ การซ่อมแซมตัวเองบางส่วนเกิดขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป แต่ผลกระทบนี้ไม่สำคัญมากนัก ปรากฏการณ์นี้เหมือนกับการเสื่อมสภาพของตัวนำความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูงที่มีการรวมวงจรสูง ออสซิลเลเตอร์คริสตัลค่อนข้างไวต่อปริมาณรังสี ซึ่งจะทำให้ความถี่เปลี่ยนแปลงไป ความไวนี้สามารถลดลงได้อย่างมากโดยการใช้ควอตซ์แบบกวาด ผลึก ควอตซ์ธรรมชาติมีความไวเป็นพิเศษ สามารถสร้างกราฟแสดงประสิทธิภาพการทนต่อรังสีสำหรับการทดสอบปริมาณรังสีไอออนไนซ์ทั้งหมด (TID) สำหรับขั้นตอนการทดสอบผลกระทบทั้งหมดได้ กราฟเหล่านี้แสดงแนวโน้มประสิทธิภาพตลอดกระบวนการทดสอบ TID และรวมอยู่ในรายงานการทดสอบรังสี

ผลกระทบจากปริมาณยาชั่วคราว

ผลกระทบจากปริมาณรังสีชั่วคราวเกิดจากรังสีที่มีความเข้มสูงในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งมักเกิดขึ้นระหว่างการระเบิดนิวเคลียร์ ปริมาณรังสีสูงจะสร้างกระแสไฟฟ้าจากแสงในตัวสารกึ่งตัวนำทั้งหมด ทำให้ทรานซิสเตอร์เปิดปิดแบบสุ่ม เปลี่ยนแปลงสถานะตรรกะของฟลิปฟลอปและเซลล์หน่วยความจำความเสียหายถาวรอาจเกิดขึ้นได้หากระยะเวลาของพัลส์นานเกินไป หรือหากพัลส์ทำให้เกิดความเสียหายต่อรอยต่อหรือเกิดการลัดวงจร การลัดวงจรส่วนใหญ่มักเกิดจากรังสีเอ็กซ์และรังสีแกมมาจากการระเบิดนิวเคลียร์ ตัวกำเนิดสัญญาณคริสตัลอาจหยุดการสั่นในช่วงเวลาที่เกิดการลัดวงจรเนื่องจาก การนำ ไฟฟ้าจากแสงที่เกิด ขึ้นอย่างรวดเร็ว ในควอตซ์

ผลกระทบจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากระบบ

ปรากฏการณ์ SGEMP เกิดจากรังสีที่พุ่งผ่านอุปกรณ์และก่อให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนและการเกิดกระแสไฟฟ้า เฉพาะจุด ในวัสดุของชิปแผงวงจรสายไฟและตัวเครื่อง

ความเสียหายทางดิจิทัล: ดู

ผลกระทบจากเหตุการณ์เดี่ยว (SEE) ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางตั้งแต่ทศวรรษ 1970 [ 10 ] เมื่ออนุภาคพลังงานสูงเคลื่อนที่ผ่านสารกึ่งตัวนำ มันจะทิ้ง ร่องรอย ไอออนไว้เบื้องหลัง การแตกตัวเป็นไอออนนี้อาจทำให้เกิดผลกระทบเฉพาะที่คล้ายกับผลกระทบจากปริมาณชั่วคราว เช่น ความผิดพลาดเล็กน้อยในเอาต์พุต การพลิกบิตในหน่วยความจำหรือรีจิสเตอร์หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่งในทรานซิสเตอร์กำลังสูงอาจทำให้เกิดการลัดวงจรและการไหม้ได้ ผลกระทบจากเหตุการณ์เดี่ยวมีความสำคัญต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในดาวเทียม เครื่องบิน และการใช้งานด้านอวกาศพลเรือนและทางทหารอื่นๆ บางครั้ง ในวงจรที่ไม่เกี่ยวข้องกับแลตช์ การแนะนำ วงจร ค่าคงที่เวลาRC ที่ช่วยชะลอเวลาตอบสนองของวงจรให้นานกว่าระยะเวลาของ SEE จะ เป็นประโยชน์

การเปลี่ยนแปลงชั่วคราวแบบเหตุการณ์เดียว

SET เกิดขึ้นเมื่อประจุที่สะสมจากการแตกตัวเป็นไอออนถูกปล่อยออกมาในรูปของสัญญาณรบกวนที่เดินทางผ่านวงจร ซึ่งในทางปฏิบัติแล้วก็คือผลของการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต ถือเป็นข้อผิดพลาดแบบอ่อน และสามารถแก้ไขได้

การพลิกล็อกในเหตุการณ์เดียว

ความผิดพลาดแบบเหตุการณ์เดียว (Single-event upsetsหรือ SEU) หรือผลกระทบจากรังสีชั่วคราวในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือการเปลี่ยนแปลงสถานะของบิตหน่วยความจำหรือรีจิสเตอร์ที่เกิดจากไอออนตัวเดียวทำปฏิกิริยากับชิป ความผิดพลาดเหล่านี้ไม่ก่อให้เกิดความเสียหายถาวรต่ออุปกรณ์ แต่Hอาจก่อให้เกิดปัญหาถาวรต่อระบบที่ไม่สามารถกู้คืนจากความผิดพลาดดังกล่าวได้ โดยทั่วไปแล้วถือเป็นความผิดพลาดแบบอ่อนที่สามารถแก้ไขได้ ในอุปกรณ์ที่มีความไวสูงมาก ไอออนตัวเดียวสามารถก่อให้เกิด ความผิด พลาดแบบหลายบิต (Multiple-bit upsetหรือ MBU) ในเซลล์หน่วยความจำที่อยู่ติดกันหลายเซลล์ได้ SEU สามารถกลายเป็นการ ขัดจังหวะการทำงานแบบเหตุการณ์เดียว ( Single-event functional interrupts หรือ SEFI ) เมื่อมันรบกวนวงจรควบคุม เช่นสเตทแมชชีนทำให้iอุปกรณ์อยู่ในสถานะที่ไม่กำหนดหรือไม่ถูกต้องโหมดทดสอบหรือหยุดทำงาน ซึ่งจะต้องรีเซ็ตหรือ ปิด เปิดเครื่องใหม่เพื่อกู้คืน

การล็อกเหตุการณ์เดี่ยว

ข้อผิดพลาดแบบ SEL สามารถเกิดขึ้นได้ในชิปใดๆ ก็ตามที่มี โครงสร้าง PNPN แบบปรสิตไอออนหนักหรือโปรตอนพลังงานสูงที่ผ่านเข้าไปในจุดเชื่อมต่อภายในของทรานซิสเตอร์สองจุด สามารถกระตุ้น โครงสร้างคล้าย ไทริสเตอร์ซึ่งจะทำให้โครงสร้างนั้น " ลัดวงจร " (ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า latch-up ) จนกว่าจะมีการรีสตาร์ทอุปกรณ์ เนื่องจากปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างแหล่งจ่ายไฟและซับสเตรต จึงอาจมีกระแสไฟฟ้าสูงมากจนทำลายชิ้นส่วนได้ นี่เป็นข้อผิดพลาดร้ายแรงและไม่สามารถแก้ไขได้ อุปกรณ์ CMOS ขนาดใหญ่มีความเสี่ยงต่อข้อผิดพลาดนี้มากที่สุด

การดีดกลับแบบเหตุการณ์เดียว

การดีดกลับแบบเหตุการณ์เดียว (Single-event snapback) คล้ายกับ SEL แต่ไม่จำเป็นต้องมีโครงสร้าง PNPN และสามารถเกิดขึ้นได้ในทรานซิสเตอร์ MOS แบบ N-channel ที่สลับกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ เมื่อไอออนพุ่งชนใกล้กับจุดเชื่อมต่อเดรนและทำให้เกิดการเพิ่มจำนวนแบบลูกโซ่ของตัวนำประจุทรานซิสเตอร์จะเปิดและคงอยู่ในสถานะเปิด ซึ่งเป็นข้อผิดพลาดถาวรที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

ภาวะหมดไฟที่เกิดจากเหตุการณ์เดียว

SEB อาจเกิดขึ้นใน Power MOSFET เมื่อซับสเตรตที่อยู่ใต้บริเวณแหล่งกำเนิดได้รับไบแอสไปข้างหน้า และแรงดันเดรน-แหล่งกำเนิดสูงกว่าแรงดันพังทลายของโครงสร้างปรสิต กระแสไฟฟ้าสูงและความร้อนสูงเฉพาะจุดที่เกิดขึ้นอาจทำลายอุปกรณ์ได้ นี่เป็นข้อผิดพลาดร้ายแรงและไม่สามารถแก้ไขได้

การแตกของประตูเหตุการณ์เดียว

ปรากฏการณ์ SEGR เกิดขึ้นในพาวเวอร์ MOSFET เมื่อไอออนหนักพุ่งชนบริเวณเกตขณะที่แรงดันไฟฟ้าสูงถูกจ่ายให้กับเกต จากนั้นจะเกิดการชำรุดเฉพาะจุดในชั้นฉนวนของซิลิคอนไดออกไซด์ ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและทำลาย บริเวณเกต(ดูเหมือนการระเบิด ขนาดเล็ก) ปรากฏการณ์นี้ยังสามารถเกิดขึ้นได้ในเซลล์ EEPROMระหว่างการเขียนหรือลบข้อมูล เมื่อเซลล์ได้รับแรงดันไฟฟ้าค่อนข้างสูง นี่เป็นข้อผิดพลาดถาวรและไม่สามารถแก้ไขได้

การทดสอบ SEE

แม้ว่าลำแสงโปรตอนจะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการทดสอบ SEE เนื่องจากหาได้ง่าย แต่ที่พลังงานต่ำ การฉายรังสีโปรตอนมักจะประเมินความไวต่อ SEE ต่ำกว่าความเป็นจริง นอกจากนี้ ลำแสงโปรตอนยังทำให้เครื่องมือมีความเสี่ยงต่อความเสียหายจากปริมาณรังสีไอออนไนซ์ทั้งหมด (TID) ซึ่งอาจทำให้ผลการทดสอบโปรตอนไม่ชัดเจนหรือส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อเครื่องมือก่อนกำหนด ลำแสงนิวตรอนขาว ซึ่งดูเหมือนจะเป็นวิธีการทดสอบ SEE ที่เป็นตัวแทนมากที่สุด มักได้มาจากแหล่งกำเนิดแบบเป้าหมายแข็ง ส่งผลให้ฟลักซ์ไม่สม่ำเสมอและพื้นที่ลำแสงเล็ก ลำแสงนิวตรอนขาวยังมีความไม่แน่นอนในสเปกตรัมพลังงานอยู่บ้าง โดยมักมีปริมาณนิวตรอนความร้อนสูง

ข้อเสียของแหล่งกำเนิดโปรตอนและนิวตรอนแบบสปัลเลชันสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการใช้นิวตรอนโมโนเอนเนอร์เจติก 14 MeV สำหรับการทดสอบ SEE ข้อกังวลที่อาจเกิดขึ้นคือ ผลกระทบเหตุการณ์เดี่ยวที่เกิดจากนิวตรอนโมโนเอนเนอร์เจติกจะไม่สามารถแสดงถึงผลกระทบในโลกแห่งความเป็นจริงของนิวตรอนในชั้นบรรยากาศแบบกว้างสเปกตรัมได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม การศึกษาล่าสุดได้แสดงให้เห็นว่า ในทางตรงกันข้าม นิวตรอนโมโนเอนเนอร์เจติก โดยเฉพาะนิวตรอน 14 MeV สามารถนำมาใช้เพื่อทำความเข้าใจภาคตัดขวาง SEE ในไมโครอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ได้อย่างแม่นยำ[ 11 ]

เทคนิคการเพิ่มความทนทานต่อรังสี

ชิ้นส่วนไมโครคอนโทรลเลอร์ 1886VE10 ที่ทนต่อรังสีก่อนการกัดผิวโลหะ
ชิปไมโครคอนโทรลเลอร์ 1886VE10 ที่ทนต่อรังสีหลัง กระบวนการ กัดโลหะ ถูกนำมาใช้แล้ว

ทางกายภาพ

ชิปที่ทนทานต่อรังสีมักผลิตบนพื้นผิวฉนวน แทนที่จะเป็น แผ่นเวเฟอร์ เซมิคอนดักเตอร์ ทั่วไป ซิลิคอนบนฉนวน ( SOI ) และซิลิคอนบนแซฟไฟร์ ( SOS ) เป็นที่นิยมใช้กัน ในขณะที่ชิปเกรดเชิงพาณิชย์ทั่วไปสามารถทนต่อรังสีได้ระหว่าง 50 ถึง 100 เกรย์ (5 ถึง 10 กิโลแรด ) ชิป SOI และ SOS เกรดอวกาศสามารถทนต่อรังสีได้ระหว่าง 1,000 ถึง 3,000 เกรย์ (100 ถึง 300 กิโลแรด ) [ 12 ] [ 13 ]ในอดีต ชิป ซีรีส์ 4000 จำนวนมาก มีจำหน่ายในเวอร์ชันที่ทนทานต่อรังสี (RadHard) [ 14 ]แม้ว่า SOI จะช่วยขจัดเหตุการณ์ latchup แต่ก็ไม่รับประกันว่าความทนทานต่อ TID และ SEE จะดีขึ้น[ 15 ]

การเลือกวัสดุพื้นฐานที่มีช่องว่างพลังงาน กว้าง จะทำให้มีความทนทานต่อข้อบกพร่องระดับลึกได้สูงกว่า เช่นซิลิคอนคาร์ไบด์หรือแกลเลียมไนไตรด์

การใช้โหนดกระบวนการ พิเศษ ทำให้มีความต้านทานต่อรังสีเพิ่มขึ้น[ 16 ]เนื่องจากต้นทุนการพัฒนาที่สูงของกระบวนการที่ทนต่อรังสีแบบใหม่ กระบวนการที่ทนต่อรังสี "อย่างแท้จริง" (RHBP, ทนต่อรังสีโดยกระบวนการ ) ที่เล็กที่สุดคือ 150  นาโนเมตร ณ ปี 2016 อย่างไรก็ตาม มี FPGA ที่ทนต่อรังสีขนาด 65 นาโนเมตรที่ใช้เทคนิคบางอย่างที่ใช้ในกระบวนการที่ทนต่อรังสี "อย่างแท้จริง" (RHBD, ทนต่อรังสีโดยการออกแบบ ) [ 17 ]ณ ปี 2019  มีกระบวนการที่ทนต่อรังสีขนาด 110 นาโนเมตรให้บริการแล้ว[ 18 ]

โดยทั่วไปแล้ววงจรรวมแบบไบโพลาร์มีความทนทานต่อรังสีสูงกว่าวงจร CMOS ซีรีส์ Schottky (LS) 5400 ที่ ใช้พลังงานต่ำ สามารถทนต่อรังสีได้ 1,000  krad และอุปกรณ์ ECL หลายชนิด สามารถทนต่อรังสีได้ 10,000  krad [ 14 ]การใช้ ทรานซิสเตอร์ CMOS แบบไร้ขอบซึ่งมีโครงสร้างทางกายภาพที่ไม่ธรรมดา ร่วมกับการจัดวางทางกายภาพที่ไม่ธรรมดา ก็สามารถมีประสิทธิภาพได้เช่นกัน[ 19 ]

หน่วยความจำแบบ ต้านทานแม่เหล็ก (Magnetoresistive RAM ) หรือMRAMถือเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในการให้หน่วยความจำตัวนำแบบเขียนซ้ำได้ ทนทานต่อรังสี และไม่ระเหย หลักการทางกายภาพและการทดสอบเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่า MRAM ไม่ไวต่อการสูญเสียข้อมูลที่เกิดจากการแตกตัวเป็นไอออน[ 20 ]

DRAMที่ใช้ตัวเก็บประจุมักถูกแทนที่ด้วยSRAM ที่ทนทานกว่า (แต่มีขนาดใหญ่กว่าและแพงกว่า) เซลล์ SRAM มีทรานซิสเตอร์ต่อเซลล์มากกว่าปกติ (ซึ่งคือ 4T หรือ 6T) ซึ่งทำให้เซลล์ทนต่อ SEU ได้มากขึ้น แต่ต้องแลกมาด้วยการใช้พลังงานและขนาดที่สูงขึ้น[ 21 ] [ 17 ]

การป้องกัน

การป้องกันบรรจุภัณฑ์จากรังสีเป็นวิธีง่ายๆ ในการลดการสัมผัสของอุปกรณ์ที่ไม่มีบรรจุภัณฑ์[ 22 ]

เพื่อป้องกันรังสีนิวตรอนและการกระตุ้นวัสดุด้วยนิวตรอนสามารถป้องกันชิปได้โดยใช้โบรอนที่ลดปริมาณ (ประกอบด้วยไอโซโทปโบรอน-11 เท่านั้น) ในชั้นเคลือบ ป้องกันชิป ที่ทำจากแก้วโบโรฟอสโฟซิลิเกต เนื่องจากโบรอน-10 ที่พบได้ตามธรรมชาติจะจับนิวตรอน ได้ง่าย และเกิดการสลายตัวแบบอัล ฟา (ดูข้อผิดพลาดแบบอ่อน )

ตรรกะ

หน่วยความจำแก้ไขข้อผิดพลาด (ECC memory) ใช้บิตสำรองเพื่อตรวจสอบและแก้ไขข้อมูลที่เสียหาย เนื่องจากผลกระทบของรังสีทำให้เนื้อหาในหน่วยความจำเสียหายแม้ในขณะที่ระบบไม่ได้เข้าถึง RAM ดังนั้นวงจร " ตัวตรวจสอบ " จึงต้องกวาดล้าง RAM อย่างต่อเนื่อง โดยอ่านข้อมูล ตรวจสอบบิตสำรองเพื่อหาข้อผิดพลาดของข้อมูล จากนั้นเขียนข้อมูลที่ถูกต้องกลับไปยัง RAM

สามารถใช้ส่วนประกอบสำรอง ในระดับระบบได้ เช่น บอร์ด ไมโครโปรเซสเซอร์ สามบอร์ดแยกกัน อาจคำนวณหาคำตอบของการคำนวณอย่างอิสระและเปรียบเทียบคำตอบเหล่านั้น ระบบใดก็ตามที่ให้ผลลัพธ์เป็นส่วนน้อยจะทำการคำนวณใหม่ นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มตรรกะเพื่อปิดการทำงานของบอร์ดนั้นหากเกิดข้อผิดพลาดซ้ำๆ จากระบบเดียวกัน

อาจใช้ส่วนประกอบที่ซ้ำซ้อนในระดับวงจร[ 23 ]บิตเดียวอาจถูกแทนที่ด้วยสามบิตและ " ตรรกะการลงคะแนน " แยกต่างหากสำหรับแต่ละบิตเพื่อกำหนดผลลัพธ์อย่างต่อเนื่อง ( ความซ้ำซ้อนแบบโมดูลาร์สามเท่า ) วิธีนี้จะเพิ่มพื้นที่ของการออกแบบชิปเป็น 5 เท่า ดังนั้นจึงต้องสงวนไว้สำหรับการออกแบบขนาดเล็ก แต่มีข้อดีรองลงมาคือ "ปลอดภัยเมื่อเกิดข้อผิดพลาด" ในเวลาจริง ในกรณีที่บิตเดียวล้มเหลว (ซึ่งอาจไม่เกี่ยวข้องกับรังสี) ตรรกะการลงคะแนนจะยังคงสร้างผลลัพธ์ที่ถูกต้องต่อไปโดยไม่ต้องใช้ตัวจับเวลาเฝ้าระวังการลงคะแนนระดับระบบระหว่างระบบประมวลผลสามระบบที่แยกจากกันโดยทั่วไปจะต้องใช้ตรรกะการลงคะแนนระดับวงจรบางอย่างเพื่อทำการลงคะแนนระหว่างระบบประมวลผลทั้งสามระบบ

อาจใช้สลักที่แข็งแรงกว่าได้[ 24 ]

ตัวจับเวลาเฝ้าระวัง (watchdog timer) จะทำการรีเซ็ตระบบอย่างรุนแรง เว้นแต่จะมีการดำเนินการบางอย่างที่บ่งชี้ว่าระบบยังทำงานอยู่ เช่น การเขียนข้อมูลจากโปรเซสเซอร์ภายในเครื่อง ในระหว่างการทำงานปกติ ซอฟต์แวร์จะกำหนดเวลาการเขียนข้อมูลไปยังตัวจับเวลาเฝ้าระวังเป็นระยะๆ เพื่อป้องกันไม่ให้ตัวจับเวลาหมดเวลา หากรังสีทำให้โปรเซสเซอร์ทำงานผิดปกติ ซอฟต์แวร์ก็ไม่น่าจะทำงานได้อย่างถูกต้องเพียงพอที่จะล้างตัวจับเวลาเฝ้าระวังได้ ในที่สุดตัวจับเวลาเฝ้าระวังก็จะหมดเวลาและบังคับให้ระบบรีเซ็ตอย่างรุนแรง วิธีนี้ถือเป็นวิธีสุดท้ายเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นๆ ในการป้องกันรังสี

การใช้งานในอุตสาหกรรมการทหารและอวกาศ

ส่วนประกอบที่ทนต่อรังสีและทนต่อรังสีมักถูกนำไปใช้ในงานทางทหารและอวกาศ รวมถึงแอป พลิเคชันจุดโหลด (POL) แหล่งจ่ายไฟของระบบดาวเทียมตัวควบคุมการสวิตช์ แบบสเต็ปดาวน์ ไมโครโปรเซสเซอร์ FPGA [ 25 ] แหล่งจ่ายไฟ FPGAและแหล่งจ่ายไฟย่อยที่มีประสิทธิภาพสูงและแรงดันต่ำ

อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ส่วนประกอบระดับทางการทหารทั้งหมดที่ทนทานต่อรังสี ตัวอย่างเช่น มาตรฐานMIL-STD-883 ของสหรัฐฯ มีการทดสอบที่เกี่ยวข้องกับรังสีหลายอย่าง แต่ไม่มีข้อกำหนดสำหรับความถี่การล็อกเหตุการณ์เดี่ยว ยาน สำรวจอวกาศ Fobos-Gruntอาจล้มเหลวเนื่องจากสมมติฐานที่คล้ายกัน[ 15 ]

ขนาดตลาดสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทนต่อรังสีซึ่งใช้ในงานด้านอวกาศนั้นคาดว่าจะอยู่ที่ 2.35 พันล้านดอลลาร์ในปี 2021 การศึกษาใหม่คาดการณ์ว่าตลาดนี้จะมีมูลค่าสูงถึงประมาณ 4.76 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2032 [ 26 ] [ 27 ]

ความทนทานต่อพลังงานนิวเคลียร์สำหรับการสื่อสารโทรคมนาคม

ในด้านโทรคมนาคมคำว่าความทนทานต่อสภาพแวดล้อมนิวเคลียร์มีความหมายดังต่อไปนี้: 1) การแสดงถึงขอบเขตที่คาดว่าประสิทธิภาพของระบบสิ่งอำนวยความสะดวก หรืออุปกรณ์จะลดลงในสภาพแวดล้อมนิวเคลียร์ที่กำหนด 2) คุณลักษณะทางกายภาพของระบบหรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่จะช่วยให้สามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่มีรังสีนิวเคลียร์และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMP)

หมายเหตุ

  1. ความแข็งแกร่งของนิวเคลียร์สามารถแสดงได้ในแง่ของความอ่อนไหวหรือความเปราะบาง
  2. ต้องกำหนดหรือระบุ ขอบเขตของการลดลง ของประสิทธิภาพที่คาดการณ์ไว้ ( เช่นระยะเวลาหยุดทำงานข้อมูลสูญหาย และความเสียหายของอุปกรณ์) และต้องกำหนดหรือระบุสภาพแวดล้อม ( เช่นระดับรังสี แรงดันเกิน ความเร็วสูงสุด พลังงานที่ดูดซับ และความเครียดทางไฟฟ้า) ด้วย
  3. คุณลักษณะทางกายภาพของระบบหรือส่วนประกอบที่จะช่วยให้สามารถอยู่รอดได้ ในระดับหนึ่ง ในสภาพแวดล้อมที่กำหนดซึ่งเกิดจากอาวุธนิวเคลียร์
  4. ความทนทานต่อรังสีนิวเคลียร์ถูกกำหนดขึ้นจากเงื่อนไขทางสิ่งแวดล้อมและพารามิเตอร์ทางกายภาพที่ระบุหรือวัดได้จริง เช่น ระดับรังสีสูงสุด แรงดันเกิน ความเร็ว พลังงานที่ดูดซับ และความเค้นทางไฟฟ้า โดยกำหนดผ่านข้อกำหนดด้านการออกแบบและตรวจสอบโดยเทคนิคการทดสอบและการวิเคราะห์

ตัวอย่างของคอมพิวเตอร์ที่ทนทานต่อรังสี

ดูเพิ่มเติม

หนังสือและรายงาน

  • Calligaro, Christiano; Gatti, Umberto (2018). หน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์ทนรังสี . ชุดวัสดุและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของสำนักพิมพ์ River Publishers. สำนักพิมพ์ River Publishers. ISBN 978-8770220200.
  • โฮล์มส์-ซีดเดิล, แอนดรูว์; อดัมส์, เลน (2002). คู่มือผลกระทบจากรังสี (  ฉบับที่สอง). สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด. ISBN 0-19-850733-X.
  • León-Florian, E.; Schönbacher, H.; Tavlet, M. (1993). การรวบรวมข้อมูลวิธีการวัดปริมาณรังสีและแหล่งกำเนิดรังสีสำหรับการทดสอบวัสดุ (รายงาน). คณะกรรมการตรวจสอบทางเทคนิคและความปลอดภัย CERN . CERN-TIS-CFM-IR-93-03.
  • Ma, Tso-Ping ; Dressendorfer, Paul V. (1989). ผลกระทบของรังสีไอออนไนซ์ในอุปกรณ์และวงจร MOS . นิวยอร์ก: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-84893-X.
  • Messenger, George C.; Ash, Milton S. (1992). ผลกระทบของรังสีต่อระบบอิเล็กทรอนิกส์ (  ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง). นิวยอร์ก: Van Nostrand Reinhold. ISBN 0-442-23952-1.
  • โอลด์แฮม, ทิโมธี อาร์. (2000). ผลกระทบของรังสีไอออนไนซ์ในออกไซด์ MOS . ชุดนานาชาติว่าด้วยความก้าวหน้าในอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีโซลิดสเตต. เวิลด์ ไซเอนซ์. doi : 10.1142/3655 . ISBN 978-981-02-3326-6.
  • Platteter, Dale G. (2006). เอกสารประกอบการเรียนหลักสูตรระยะสั้นเกี่ยวกับผลกระทบจากรังสี ( 1980–2006 ) IEEE ISBN 1-4244-0304-9.
  • Schrimpf, Ronald D.; Fleetwood, Daniel M. (กรกฎาคม 2547). ผลกระทบจากรังสีและข้อผิดพลาดแบบอ่อนในวงจรรวมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หัวข้อที่เลือกสรรในด้านอิเล็กทรอนิกส์และระบบ เล่มที่ 34. World Scientific. doi : 10.1142/5607 . ISBN 978-981-238-940-4.
  • Schroder, Dieter K. (1990). การกำหนดคุณลักษณะของวัสดุและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ . นิวยอร์ก: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-51104-8.
  • Schulman, James Herbert; Compton, Walter Dale (1962). ศูนย์สีในของแข็งชุดเอกสารวิชาการนานาชาติว่าด้วยฟิสิกส์ของของแข็ง เล่มที่ 2 สำนักพิมพ์ Pergamon
  • Holmes-Siedle, Andrew; van Lint, Victor AJ (2000). "ผลกระทบของรังสีต่อวัสดุและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์" ใน Meyers, Robert A. (บรรณาธิการ). สารานุกรมวิทยาศาสตร์กายภาพและเทคโนโลยีเล่มที่ 13 (  ฉบับที่สาม). นิวยอร์ก: Academic Press. ISBN 0-12-227423-7.
  • van Lint, Victor AJ; Flanagan, Terry M.; Leadon, Roland Eugene; Naber, James Allen; Rogers, Vern C. (1980). กลไกของผลกระทบจากรังสีในวัสดุอิเล็กทรอนิกส์เล่ม 1. นิวยอร์ก: John Wiley & Sons. หน้า 13073. รหัสบรรณานุกรม : 1980STIA...8113073V . ISBN 0-471-04106-8รายงานทางเทคนิค NASA Sti/Recon ฉบับ A.
  • Watkins, George D. (1986). "ช่องว่างในโครงสร้างผลึกของซิลิคอน". ใน Pantelides, Sokrates T. (บรรณาธิการ). ศูนย์กลางลึกในสารกึ่งตัวนำ: แนวทางที่ทันสมัยที่สุด (  ฉบับที่สอง). นิวยอร์ก: Gordon and Breach. ISBN 2-88124-109-3.
  • Watts, Stephen J. (1997). "ภาพรวมของความเสียหายจากรังสีในเครื่องตรวจจับซิลิคอน — แบบจำลองและวิศวกรรมข้อบกพร่อง" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A . 386 (1): 149– 155. Bibcode : 1997NIMPA.386..149W . doi : 10.1016/S0168-9002(96)01110-2 .
  • Ziegler, James F.; Biersack, Jochen P.; Littmark, Uffe (1985). การหยุดและการเคลื่อนที่ของไอออนในของแข็งเล่ม 1. นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์ Pergamon. ISBN 0-08-021603-X.
  • มาตรฐานของรัฐบาลกลาง 1037C ( ลิงก์ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 1 มีนาคม 2011 ในWayback Machine )
  • แนวทางแบบบูรณาการด้วย COTS สร้างวัสดุที่ทนต่อรังสี (SBC) สำหรับอวกาศ – โดย แชด ทิโบโด, แม็กซ์เวลล์ เทคโนโลยีส์; วารสาร COTS , ธันวาคม 2003
  • ห้องปฏิบัติการ Sandia จะพัฒนา (...) เพนเทียมที่ทนทานต่อรังสี (...) สำหรับความต้องการด้านอวกาศและการป้องกันประเทศ – ข่าวประชาสัมพันธ์ของ Sandia, 8 ธันวาคม 1998 (รวมถึงส่วน "ข้อมูลเบื้องต้น" ทั่วไปเกี่ยวกับกระบวนการผลิตของ Sandia สำหรับการเสริมความทนทานต่อรังสีของไมโครอิเล็กทรอนิกส์)
  • ผลกระทบของรังสีต่อผลึกควอตซ์
  • สถาบันอิเล็กทรอนิกส์ด้านอวกาศและการป้องกันประเทศ มหาวิทยาลัยแวนเดอร์บิลต์
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Radiation_hardening&oldid=1354459012 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การเสริมความทนทานต่อรังสี

การเสริมความแข็งแกร่งของรังสีคือกระบวนการทำให้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และวงจรทนต่อความเสียหายหรือการทำงานผิดปกติที่เกิดจากรังสีไอออนไนซ์ ระดับสูง ( รังสีอนุภาค และ...

ปัญหาที่เกิดจากรังสี

สภาพแวดล้อมที่มีรังสีไอออนไนซ์ในระดับสูงก่อให้เกิดความท้าทายในการออกแบบเป็นพิเศษ อนุภาคประจุ เพียงอนุภาคเดียวสามารถทำให้ อิเล็กตรอน หลายพันตัวหลุดออกไป ทำให้เกิด สัญญาณรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ และ สัญญาณกระชาก ในกรณีของ วงจรดิจิทัล...

แหล่งที่มาหลักของความเสียหายจากรังสี

แหล่งที่มาทั่วไปของการแผ่รังสีไอออน ไนซ์ต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ได้แก่ เข็มขัดรังสีแวนอัลเลน สำหรับดาวเทียม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในโรงไฟฟ้าสำหรับเซ็นเซอร์และวงจรควบคุม เครื่องเร่งอนุภาคสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม (โดยเฉพาะ อุปกรณ์ ตรวจจับอนุภาค )...

กลไกพื้นฐาน

กลไกการเกิดความเสียหายพื้นฐานสองประการเกิดขึ้นดังนี้: