La resistenza alle radiazioni approda nell’era spaziale
Ambienti spaziali a elevate radiazioni potrebbero avere un effetto dannoso per i componenti e i dispositivi elettronici critici utilizzati nelle applicazioni extra-atmosferiche. Le tecnologie destinate alle comunicazioni satellitari e all’osservazione della Terra richiedono elevate capacità di archiviazione e devono attenersi, nel contempo, a rigorose limitazioni sul piano del consumo energetico. Le memorie non volatili, programmabili e cancellabili tolleranti alle radiazioni rappresentano un traguardo importante, dal momento che attualmente si utilizzano esclusivamente memorie programmabili una sola volta. Il progetto SKYFLASH (“Development of rad hard non volatile flash memories for space applications”), finanziato dall’UE, ha tentato di sviluppare flash memory tolleranti alle radiazioni, concentrando gli sforzi sulla creazione di dispositivi di memoria non volatili incentrati sui principi alla base delle tecnologie di memoria terrestri. Nello specifico, i ricercatori hanno elaborato una metodologia di aumento della resistenza alle radiazioni grazie alla progettazione (RHBD) che si ispira ai successi raggiunti nell’ambito dei processi al silicio basati sui CMOS (complementary metal-oxide semiconductor). In virtù della sua capacità di garantire la resilienza dei componenti elettronici ai danni causati da protoni, elettroni e ioni ad alta energia, la tecnologia RHBD è stata studiata nell’ambito di processi standard al silicio CMOS da 180 nanometri attraverso l’impiego di metodologie di progettazione estremamente accurate sviluppate precedentemente in memorie statiche ad accesso casuale. Il prototipo finale di memoria riprogrammabile da 1 MBit, che include tutti i blocchi base necessari alle memorie non volatili, presenta celle basate su un approccio floating trap ossido-nitruro-ossido (ONO). Nel corso del progetto SKYFLASH, svariati veicoli di prova sono stati sottoposti a raggi gamma e raggi X ai fini della valutazione della perdita di elettroni immagazzinati nei mezzi delle cellule ONO. In entrambi i casi, la perdita di carica ha mostrato lo stesso comportamento. È stato inoltre dimostrato che, sebbene i dati vadano persi a seguito dell’esposizione a una radiazione a elevata intensità (nel raggio dei cento kilorad), il contenuto della memoria può essere riscritto. Gli scienziati hanno testato effetti causati da un singolo evento sugli stessi campioni mediante l’utilizzo di protoni e di ioni pesanti, dimostrando l’assenza di rotture anche ai massimi livelli energetici disponibili sulla linea di fascio (ioni allo xeno). L’utilità delle flash memory non volatili e resistenti alle radiazioni non si limita solo alle applicazioni spaziali, ma potrebbe trovare terreno fertile anche in nuovi campi che studiano strumentazioni per la generazione di energia nucleare ed esperimenti fisici ad alta energia. Sebbene il progetto SKYFLASH sia incentrato su memorie di silicio non volatili, i traguardi raggiunti dai ricercatori potrebbero fornire le basi per altri dispositivi in silicio, tra cui i microprocessori utilizzati nelle applicazioni spaziali.
Parole chiave
Radiazione, applicazioni spaziali, tollerante alle radiazioni, flash memory, tecnologia di memoria, resistenza alle radiazioni grazie alla progettazione, dose di ionizzazione totale, effetto causato da un singolo evento, latch-up causato da un singolo eve
