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手戴手套,拿着连接到集成电路的电线放在桌上
David Dolt正在测量他在德州农工大学回旋加速器研究所设计的芯片的辐射性能。|图片:艾米丽·奥斯瓦尔德,德克萨斯农工工程公司

随着商业太空飞行的增加和对太阳系的进一步探索,对更强大的集成电路或芯片的需求日益增长,这些电路或芯片能够抵御卫星和航天器所暴露的辐射的严酷和破坏性影响。

David Dolt是德州农工大学电气与计算机工程系的博士生,他正在与他的指导老师兼教授Sam Palermo博士一起设计自修复抗辐射集成电路。这些集成电路或芯片是为太空环境设计的,具有特殊的电路技术,允许它们在遭受辐射损伤后愈合。

为了实现这一点,Dolt集成了传感器电路,用于监控芯片的不同部分,以确保一切都在正常运行。如果有什么变化,这些传感器电路能够改变主电路中的东西,使芯片恢复到标称工作状态,并补偿辐射引起的性能下降。

Dolt说:“我们正在研究开发一种利用微加热系统的修复方法,将辐射诱导缺陷的设备恢复到正常状态。”

Dolt使用两种测试技术来测量辐射对这些芯片的影响。首先,他进行了总电离剂量测试,将芯片暴露在等量的长期辐射剂量下,这将降低电路的标称性能,就像在太空环境中多年一样。他还进行了单事件效应测试,即高能粒子穿透硅芯片并在电路中引起瞬时电流脉冲或故障。Dolt在德州农工回旋加速器研究所测量电路对单事件效应的灵敏度。

在这个领域有很多东西需要学习和理解,有很多创新,我很高兴能继续探索。

大卫呆子

Dolt说:“我们使用德州农工回旋加速器研究所的粒子加速器对芯片进行辐照,然后测量在辐照过程中发生了多少次扰动,以测试芯片的灵敏度。”

辐射的长期影响包括电路运行中断、退化和寿命有限。Dolt的最终目标是为太空应用设计更不受辐射影响的芯片,例如卫星、太空飞行器或航天器,从而延长使用寿命。

在过去,为了实现这一点,芯片是使用固有的抗辐射技术节点制造的。缺点是这些芯片制造成本高,性能慢,功率大。许多公司仍然在他们的系统中使用这些旧部件,因为它们固有的健壮性。但现在,随着商业太空飞行和其他当代需求的增加,公司正在寻找更快、更小、更便宜、能够承受太空恶劣环境的芯片。

Dolt说:“其影响是找出通过设计加固的技术,使我们不断发展的技术节点像一些老式的辐射加固技术节点一样抗辐射。”“这样就可以拥有最先进的性能,并制造出功耗和面积更低、辐射性能更强的芯片。”

多尔特的研究得到了空军研究实验室的支持。

他说:“关于这些电路的测试和设计仍有很多未知之处。”“这是一个很好的领域,你可以想出新东西,发现新东西,而不会被所有已经完成的事情所窒息。这个领域还有很多需要学习和理解的地方,还有很多创新,我很高兴能继续探索。”

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