硅鍺技術(shù)將使電子系統(tǒng)抵抗極端環(huán)境
2010/12/6 9:32:42
安德魯·柯斯是馬歇爾航天中心技術(shù)主管，也是NASA的項(xiàng)目主管。他解釋說，大部分符合軍方規(guī)格的電子設(shè)備所適應(yīng)的溫度范圍在零下55攝氏度到125攝氏度之間，而在深太空，不僅溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了這個(gè)范圍，同時(shí)還存在很強(qiáng)的輻射。月球表面溫度在零下180攝氏度到120攝氏度之間，而極端環(huán)境小組開發(fā)的硅鍺電子設(shè)備正是在這一溫度范圍內(nèi)可靠工作，并且對各種輻射的抵抗和免疫能力也很高。
該項(xiàng)計(jì)劃領(lǐng)導(dǎo)者、佐治亞理工學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)工程系教授約翰·克雷斯勒表示，計(jì)劃的總體任務(wù)是為NASA開發(fā)一種終端對終端解決方案(end-to-endsolution)。這是一個(gè)針對太空任務(wù)而建立的實(shí)驗(yàn)性基礎(chǔ)設(shè)施框架，包括了所需要的每件事物，以制造適應(yīng)深太空極端環(huán)境的電子設(shè)備。
“研究小組使用了IBM已經(jīng)成熟的0.5微米硅鍺技術(shù)。”克雷斯勒說，“它并沒有改變硅鍺晶體管的基本組成，而是設(shè)計(jì)了一種新型線路來改變硅鍺的自然屬性。新方法集成了終線路，這樣制造的電子系統(tǒng)能可靠抵抗太空極端環(huán)境。”
硅鍺合金結(jié)合了普通的微芯片材料和納米鍺，關(guān)鍵性質(zhì)是堅(jiān)固強(qiáng)韌，在沒有輻射防護(hù)或溫度極低條件下仍能正常工作。與傳統(tǒng)方法相比，硅鍺電子設(shè)備在降低重量、減小尺寸和復(fù)雜性，降低能耗與成本、提高可靠性和適應(yīng)性方面都具有很大優(yōu)勢。
研究人員基于一種硅鍺(SiGe)技術(shù)，開發(fā)出針對太空電子設(shè)備的新路線，能適應(yīng)巨大的溫度變化并抵抗高強(qiáng)太空輻射，也將改變航空工具和太空儀器的設(shè)計(jì)方向。該計(jì)劃結(jié)束后，研究人員向NASA提供了一套模型工具、線路設(shè)計(jì)、集成技術(shù)、系統(tǒng)/亞系統(tǒng)，并附上一份大綱說明，證明這些部分可以用于太空。此外，研究小組還給NASA配備了一套功能性的原型——硅鍺遙遠(yuǎn)電子學(xué)裝置(REU)，其由硅鍺微芯片制造，并在模擬太空環(huán)境中成功進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
NASA近對新型硅鍺電子設(shè)備進(jìn)行了評估，確定技術(shù)完善水平為6級(jí)，這意味著線路已經(jīng)被集成為亞系統(tǒng)，在相關(guān)環(huán)境中經(jīng)過了測試。下一步將向7級(jí)水平邁進(jìn)，包括將硅鍺線路裝入太空飛行工具進(jìn)行測試；若到了8級(jí)水平，則表明新技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，可以被安裝到一個(gè)完整的空間任務(wù)工具上；而9級(jí)水平的技術(shù)可以用于例行性基礎(chǔ)任務(wù)。
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