宇宙辐射对卫星和航天电子器件的影响

为了探讨宇宙辐射对卫星和航天飞行中的电子设备的影响，欧洲空间局（ESA）在达姆施塔特亥姆霍兹GSI重离子研究中心启动了一个科研课题。在弗劳恩霍夫自然科学与技术趋势分析研究所（INT）的率领下，研究人员们使用GSI加速器上的离子束对微电子器件进行辐照。GSI的加速器是欧洲唯一一个可以产生与宇宙辐射相似离子束的设备。离子辐射可以造成微电子的功能故障或损毁。这个新课题的研究目的是要检测将在空间使用的不同芯片的适用性。此外还要做基础研究，以方便未来开发防辐射、更轻，更紧凑的电子产品。

“我们希望第一次就离子束的能量对微电子的影响进行系统的研究。GSI的加速器为此提供了理想的条件。我们在这里可以制造横跨最轻到最重元素的高能离子。我们由此可以覆盖宇宙中持续存在的离子辐射的全部谱段。” 弗劳恩霍弗研究所的项目经理斯蒂芬．迈克梅茨格说。除了技术知识之外，INT还为本项目提供专用的、可以确认电子器件中辐射操作的测量设备。

在第一个实验中，科研人员对欧空局制造的一个芯片进行了金离子轰击。分析验证了假设，芯片的故障率跟离子的能量有密切的关联。为了得出确切的研究结果，未来几年将采用不同的离子和能量对不同的元器件进行照射。

“离子束是宇宙辐射的主要部分，它对微电子器件的影响也最大。准确地了解它们的影响是优化未来航天电子器件的先决条件。” GSI的生物物理部负责人、斯蒂芬．梅茨格的合作伙伴马可．杜朗特说。即使一个单个离子也可能引起微电子器件的损伤。由于离子自身的电荷和能量，在微芯片的半导体材料材料中可以产生自由电荷。这些不该出现的电荷载体可以产生小的电流，可能导致功能故障或者芯片的损毁。

目前航天科技电子产品都是采取屏蔽的办法。对于某些元器件可以采用备用电子部件的办法。通过确切地了解宇宙辐射对微电子器件的影响，可以避免或至少减少这样的冗余。这样就可以节省空间和重量并提升电子器件的寿命，这都是航天飞行中的关键因素。

（何宏译）

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