موضوع مقاله: مقاوم سازی دربرابر تابش | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # مقاوم سازی دربرابر تابش | مقدمه: مقاوم‌سازی دربرابر تابش فرآیندی است که در آن اجزا و مدارهای الکترونیکی در برابر آسیب یا عملکرد نادرست ناشی از مقدار بالای تابش رادیواکتیو (تابش ذرات و تابش الکترومغناطیسی پرانرژی) مقاوم می‌شوند. | ## بخش 1: مقاوم سازی دربرابر تابش | این مقاوم سازی برای محیط‌های موجود در فضای خارج از زمین، اطراف راکتورهای هسته ای و شتاب‌دهنده‌های ذرات یا هنگام حوادث و جنگ‌های هسته ای کاربرد دارد. اکثر قطعات الکترونیکی نیمه هادی، مستعد آسیب تشعشع هستند ولی می‌توان حساسیت آسیب به تشعشع را با برخی تغییرات طراحی و ساخت، برای قطعات سخت شده با تشعشع (rad-hard)، کاهش داد. با توجه به تقاضای کم و همچنین تقاضای توسعه و آزمایش گسترده مورد نیاز برای تولید یک طرح مقاوم در برابر تشعشع از یک تراشه میکروالکترونیکی، فناوری تراشه‌های مقاوم در برابر تشعشع از جدیدترین پیشرفت‌ها عقب مانده است. برای محصولات مقاوم سازی شده دربرابر تابش آزمایش‌های مختلفی انجام می‌شود: دوز یونیزه کل (TID)، اثرات افزایش یافته نرخ دوز پایین (ELDRS)، آسیب جابجایی نوترون و پروتون و اثرات تک رویدادی (SEEs). مشکلات ناشی از تابش محیط‌هایی با میزان زیاد تابش رادیواکتیو، چالش‌های ویژه‌ای در طراحی ایجاد می‌کنند. یک ذره باردار می‌تواند هزاران الکترون را از بین ببرد و باعث ایجاد نویز الکترونیکی و افزایش سیگنال شود. در مورد مدارهای دیجیتال، این موضوع می‌تواند اختلالاتی را ایجاد کند که دقیق یا نامفهوم هستند. این یک مشکل جدی در طراحی ماهواره‌ها، فضاپیماها، رایانه‌های کوانتومی آینده، هواپیماهای نظامی، نیروگاه‌های هسته‌ای و سلاح‌های هسته‌ای است. به منظور اطمینان از عملکرد صحیح چنین سیستم‌هایی، سازندگان آی سی (IC) و سنسورها برای کاربردهای نظامی یا هوافضا از روش‌های مختلفی برای مقاوم سازی دربرابر تابش استفاده می‌کنند. ذرات ثانویه از برهمکنش میان انواع مختلف اشعه با ساختارهای تجهیزات الکترونیکی به وجود می‌آیند. راکتورهای هسته ای تشعشعات گاما و نوترون تولید می‌کنند که می‌تواند بر مدارهای حسگر و کنترل نیروگاه‌های هسته‌ای تأثیر بگذارد. | ## بخش 2: مقاوم سازی دربرابر تابش | شتاب‌دهنده‌های ذرات، پروتون‌ها و الکترون‌های با انرژی بالا تولید می‌کنند و ذرات ثانویه تولید شده توسط فعل و انفعالات آن‌ها آسیب تشعشعی قابل‌توجهی بر روی اجزای حساس کنترل و آشکارساز ذرات ایجاد می‌کنند. ردپای عناصر رادیواکتیو در بسته‌بندی تراشه‌ها ذرات آلفا را تولید می‌کردند که گهگاه برخی از خازن‌های مورد استفاده برای ذخیره بیت‌های داده DRAM را تخلیه می‌کردند. پرتوهای کیهانی از همه جهات می‌آیند و تقریباً از ۸۵٪ پروتون، ۱۴٪ ذرات آلفا و ۱٪ یون‌های سنگین همراه با اشعه ایکس و پرتو گاما تشکیل شده‌اند. اتمسفر بیشتر این ذرات را فیلتر می‌کند، بنابراین آنها در درجه اول برای فضاپیماها و هواپیماهای ارتفاع بالا نگران کننده هستند، اما همچنین می‌توانند رایانه‌های معمولی روی سطح زمین را تحت تأثیر قرار دهند. انفجارهای هسته ای یک موج کوتاه و بسیار شدید را از طریق طیف گسترده‌ای از تابش الکترومغناطیسی، یک پالس الکترومغناطیسی (EMP)، تابش نوترونی، و شار ذرات باردار اولیه و ثانویه ایجاد می‌کنند. در صورت وقوع یک جنگ هسته ای، آنها یک نگرانی بالقوه برای تمام تجهیزات الکترونیکی غیرنظامی و نظامی ایجاد می‌کنند. معمولاً از سیلیکون روی عایق (SOI) و سیلیکون روی یاقوت کبود (SOS) استفاده می‌شود. درحالی که درجه تراشه‌های معمولی تجاری می‌تواند بین ۵۰ تا ۱۰۰گری (۵ و ۱۰ کیلو راد) مقاومت کنند، تراشه‌های SOI و SOS درجه فضایی می‌توانند ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰ گری (۱۰۰تا ۳۰۰ کیلو راد) را تحمل کنند. در یک زمان بسیاری از تراشه‌های سری ۴۰۰۰ در نسخه‌های مقاوم سازی شده با تشعشع (RadHard) در دسترس بودند در حالی که SOI لچ-آپ را از بین می‌برد و همچنین نتایج آزمایش‌های TID و SEE، پیشرفتی را نشان نمی‌داد. سلول‌های SRAM ترانزیستورهای بیشتری در هر سلول نسبت به معمول دارند (که 4T یا 6T است)، که باعث می‌شود سلول‌ها نسبت به SEU به علت مصرف زیاد انرژی و ابعاد، تحمل بیشتری داشته باشند. محافظ محافظت از بسته در برابر رادیواکتیویته برای کاهش قرار گرفتن در معرض دستگاه لخت روش دیگری است. | ## بخش 3: مقاوم سازی دربرابر تابش | برای محافظت در برابر تشعشعات نوترونی و فعال‌سازی نوترونی مواد (Neutron activation)، می‌توان از بور تخلیه‌شده (شامل فقط ایزوتوپ بور-۱۱) در لایه غیرفعال‌سازی شیشه بوروفسفوسیلیکات که از تراشه‌ها محافظت می‌کند، استفاده کرد. خواندن داده‌ها، بررسی بیت‌های اضافی برای خطاهای داده، سپس بازنویسی هرگونه تصحیح در RAM وظایفی است که باید یک اسکرابر انجام دهد. سه برد ریزپردازنده جداگانه ممکن است به‌طور مستقل پاسخ یک محاسبات را محاسبه کرده و پاسخ‌های آنها را با هم مقایسه کنند. منطق ممکن است به گونه ای اضافه شود که اگر خطاهای تکراری از همان سیستم رخ دهد، آن برد خاموش شود. سختی هسته‌ای برای مخابرات در ارتباط از راه دور، اصطلاح سختی هسته ای دارای معانی زیر است: (۱) بیان میزان عملکرد یک سیستم، تسهیلات یا دستگاه در یک محیط هسته ای معین، (۲) ویژگی‌های فیزیکی یک سیستم یا قطعات الکترونیکی که باعث بقا در محیطی می‌شود که شامل تابش هسته ای و پالس‌های الکترومغناطیسی (EMP) است. میزان تخریب عملکرد مورد انتظار (به عنوان مثال، زمان قطع، داده‌های از دست رفته و آسیب تجهیزات) باید تعریف یا مشخص شود. محیط (به عنوان مثال، سطح تابش، فشار بیش از حد، سرعت اوج، انرژی جذب شده و استرس الکتریکی) باید تعریف یا مشخص شود. ویژگی‌های فیزیکی یک سیستم یا قطعه ای که باعث می‌شود درجه ای از مانایی (بقا) در یک محیط معین ایجاد شده توسط یک سلاح هسته ای ایجاد شود. سختی هسته ای برای شرایط محیطی مشخص یا واقعی و پارامترهای فیزیکی مانند سطح اوج تابش، فشار بیش از حد، سرعت، جذب انرژی و استرس الکتریکی تعیین می‌شود. | ## جمع‌بندی | از طریق مشخصات طراحی حاصل می‌شود و با تکنیک‌های آزمون و تجزیه و تحلیل، تأیید می‌شود.