Kwestia odporności na działanie promieniowania wkracza w erę kosmiczną
Przestrzeń kosmiczna, w której panuje wysokie promieniowanie, jest poważnym zagrożeniem dla podzespołów elektronicznych o decydującym znaczeniu oraz urządzeń przeznaczonych do stosowania poza atmosferą ziemską. W komunikacji satelitarnej oraz obserwacjach Ziemi niezbędna jest duża pojemność pamięci, a przy tym obowiązują rygorystyczne ograniczenia zużycia energii elektrycznej. Odporne na promieniowanie, programowalne i kasowalne pamięci trwałe są zapowiedzią największego przełomu tam, gdzie obecnie stosowane są pamięci jednokrotnie programowalne. Założeniem finansowanego przez UE projektu "Development of rad hard non-volatile flash memories for space applications" (SKYFLASH) było opracowanie i zaprojektowanie odpornych na promieniowanie pamięci flash. Partnerzy projektu skoncentrowali działania na opracowaniu pamięci trwałych poprzez zastosowanie reguł sprawdzających się w przypadku ziemskich technologii pamięci. Ściślej mówiąc, opracowali metodę konstrukcyjnego uodparniania na działanie promieniowania (radiation-hardening-by-design — RHBD), wykorzystując procesy krzemowe związane z komplementarnymi półprzewodnikami tlenkowymi (CMOS). Metoda RHBD zapewnia odporność elementów elektronicznych na niszczące działanie protonów, elektronów i wysokoenergetycznych jonów. Dzięki zastosowaniu bardzo precyzyjnych metod projektowania opracowanych wcześniej na potrzeby statycznych pamięci RAM, metodę RHBD przebadano na standardowych procesach krzemowych związanych z układami CMOS 180 nm. Na uzyskany reprogramowalny prototyp pamięci jednomegabitowej składają się wszystkie podstawowe bloki pamięci trwałych. Komórki pamięci opierały się na idei swobodnej pułapki tlenek-azotek-tlenek (oxide-nitride-oxide — ONO). W czasie realizacji projektu SKYFLASH kilka konstrukcji testowych poddano promieniowaniu gamma i rentgenowskiemu, by ocenić utratę ładunku elektronów zgromadzonego w nośniku ONO. We wszystkich przypadkach utrata ładunku przejawiała jednakowe zachowanie. Co ważniejsze, wykazano również, że nawet w przypadku utraty danych w wyniku działania promieniowania o dużej intensywności (rzędu setek kiloradów), dane w pamięci można zapisać ponownie. Przetestowano skutki jednorazowe na tych samych próbkach przy użyciu protonów i jonów ciężkich, udowadniając, że nie wystąpiły żadne uszkodzenia, nawet przy najwyższej energii wiązki (jony ksenonowe). Odporne na promieniowanie trwałe pamięci flash nadają się do stosowania nie tylko w przestrzeni kosmicznej. Partnerzy projektu SKYFLASH mogą znaleźć nowe zastosowania wraz z adaptacją nowej technologii na potrzeby sprzętu do wytwarzania energii jądrowej oraz doświadczeń z dziedziny fizyki wysokoenergetycznej. Koncentrowano się w prawdzie na trwałych pamięciach krzemowych, jednak według oczekiwań wyniki projektu mogą również stać się podstawą do opracowania innych urządzeń krzemowych, takich jak mikroprocesory do zastosowań kosmicznych.
Słowa kluczowe
Promieniowanie, zastosowania kosmiczne, odporny na promieniowanie, pamięć flash, technologia pamięci, konstrukcyjna odporność na promieniowanie, pełna dawka promieniowania jonizującego, skutki jednorazowe, wzbudzenie jednorazowe
