從設計的角度來看，重要的是在高可靠性空間應用中權衡使用抗輻射Si MOSFET與基於替代材料（例如GaN HEMT功率器件）的COTS器件的獨特考慮因素。在本文中
，我們將著眼於電路設計的不同方麵
，以更好地了解選擇其中一個的權衡。

 

隨著當今航天工業商業化程度的提高，設計人員在平衡性能

、項目成本、任務概況和風險方麵麵臨更多挑戰。即使對於傳統的太空和公共部門參與者來說也是如此。數百家初創公司、大學研究人員
，甚至普通群眾現在都在建造和發射廉價衛星，例如流行的 CubeSat 設計。通常以低地球軌道 (LEO) 為目標
，任務長度為數月而不是數年，這些新的太空任務傾向於使用耐輻射或符合汽車標準的 COTS 電子設備來節省成本或研究新技術。

 

汽車級和COTS電子產品的成本要低得多，滿足工業應用的可靠性標準和性能基準，但在設計時並未考慮輻射穩健性。雖然一些COTS部件可能顯示出固有的輻射耐受性，但它們的設計可能會或可能不會達到與抗輻射組件相同程度的輻射。

 

使用COTS電(dian)子(zi)設(she)備(bei)會(hui)引(yin)入(ru)許(xu)多(duo)未(wei)知(zhi)因(yin)素(su)，例(li)如(ru)晶(jing)圓(yuan)批(pi)次(ci)之(zhi)間(jian)的(de)部(bu)分(fen)同(tong)質(zhi)性(xing)和(he)一(yi)致(zhi)性(xing)以(yi)及(ji)部(bu)分(fen)可(ke)追(zhui)溯(su)性(xing)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)空(kong)間(jian)應(ying)用(yong)的(de)置(zhi)信(xin)度(du)
，此(ci)類(lei)設(she)備(bei)可(ke)能(neng)會(hui)在(zai)使(shi)用(yong)前(qian)以(yi)額(e)外(wai)費(fei)用(yong)接(jie)受(shou)進(jin)一(yi)步(bu)測(ce)試(shi)
，稱(cheng)為(wei)升(sheng)級(ji)篩(shai)選(xuan)。這(zhe)也(ye)擴(kuo)展(zhan)到(dao)寬(kuan)帶(dai)隙(xi)器(qi)件(jian)的(de)使(shi)用(yong)，例(li)如(ru)碳(tan)化(hua)矽(gui) (SiC) 和氮化镓 (GaN) 晶體管。但是，即使進行了篩選
，也不能保證。即使來自同一製造商
，測試結果也可能有所不同。或者 COTS 部件可能無法按需要運行並在輻射條件下存活。所有這些都給項目增加了更多風險。

 

抗輻射電子提供對單個晶圓批次的可追溯性
，因此在進行破壞性物理分析或其他篩選時，空間設計人員可以對部件的均勻性和長期性能（包括空間輻射和可靠性）充滿信心。更短、高冗餘
、次年的任務和探索新技術的LEO衛星肯定會從COTS組件中受益。然而，對於“重大故障風險”是不可接受的長期任務，高可靠性電子設備的基準仍然是抗輻射矽。

 

 

太空輻射挑戰

 

輻(fu)射(she)在(zai)太(tai)空(kong)中(zhong)無(wu)處(chu)不(bu)在(zai)，會(hui)對(dui)沒(mei)有(you)采(cai)取(qu)緩(huan)解(jie)措(cuo)施(shi)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)產(chan)生(sheng)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)。空(kong)間(jian)輻(fu)射(she)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)兩(liang)種(zhong)主(zhu)要(yao)方(fang)式(shi)影(ying)響(xiang)功(gong)能(neng)。與(yu)管(guan)芯(xin)氧(yang)化(hua)層(ceng)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)的(de)輻(fu)射(she)會(hui)導(dao)致(zhi)長(chang)期(qi)累(lei)積(ji)損(sun)傷(shang)，指(zhi)定(ding)為(wei)總(zong)電(dian)離(li)劑(ji)量(liang)。第(di)二(er)個(ge)影(ying)響(xiang)是(shi)單(dan)事(shi)件(jian)效(xiao)應(ying)
，可(ke)導(dao)致(zhi)可(ke)恢(hui)複(fu)的(de)單(dan)事(shi)件(jian)瞬(shun)態(tai)和(he)災(zai)難(nan)性(xing)故(gu)障(zhang)。當(dang)施(shi)加(jia)高(gao)電(dian)壓(ya)時(shi)，快(kuai)速(su)而(er)重(zhong)的(de)粒(li)子(zi)撞(zhuang)擊(ji)柵(zha)極(ji)區(qu)域(yu)會(hui)導(dao)致(zhi)柵(zha)極(ji)氧(yang)化(hua)物(wu)上(shang)產(chan)生(sheng)高(gao)瞬(shun)態(tai)電(dian)場(chang)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)其(qi)破(po)裂(lie)。這(zhe)被(bei)稱(cheng)為(wei)單(dan)事(shi)件(jian)門(men)破(po)裂(lie)。漂(piao)移(yi)區(qu)中(zhong)的(de)類(lei)似(si)事(shi)件(jian)也(ye)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)源(yuan)極(ji)和(he)漏(lou)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)短(duan)路(lu)。最(zui)好(hao)的(de)情(qing)況(kuang)是(shi)它(ta)隻(zhi)是(shi)一(yi)個(ge)瞬(shun)間(jian)的(de)非(fei)破(po)壞(huai)性(xing)短(duan)路(lu)。在(zai)最(zui)壞(huai)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，使(shi)用(yong)抗(kang)輻(fu)射(she)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)此(ci)類(lei)故(gu)障(zhang)機(ji)製(zhi)。例(li)如(ru)，抗(kang)輻(fu)射(she)矽(gui)MOSFET最初是在1980年代推出的
，使用設計和製造技術來降低對輻射暴露的敏感性。多年來，更穩健的設計
、製造技術、篩選和認證已經發展到幾乎可以確保無故障的輻射性能。

 

最終，是使用抗輻射還是COTS電子設備取決於幾個因素——任務概況、性能參數、功能關鍵性

、成(cheng)本(ben)等(deng)等(deng)。在(zai)某(mou)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，犧(xi)牲(sheng)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)抗(kang)輻(fu)射(she)能(neng)力(li)可(ke)能(neng)是(shi)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)風(feng)險(xian)
，以(yi)幫(bang)助(zhu)滿(man)足(zu)預(yu)算(suan)限(xian)製(zhi)或(huo)在(zai)冗(rong)餘(yu)或(huo)不(bu)太(tai)關(guan)鍵(jian)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)測(ce)試(shi)新(xin)技(ji)術(shu)。但(dan)是(shi)當(dang)優(you)先(xian)考(kao)慮(lv)可(ke)靠(kao)性(xing)時(shi)
，例(li)如(ru)對(dui)於(yu)高(gao)度(du)關(guan)鍵(jian)的(de)功(gong)能(neng)或(huo)長(chang)期(qi)
、深空或行星際任務
，抗輻射矽是明確的選擇。

 

簡化升級是關鍵

 

在(zai)這(zhe)個(ge)充(chong)滿(man)挑(tiao)戰(zhan)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)
，重(zhong)複(fu)使(shi)用(yong)經(jing)過(guo)驗(yan)證(zheng)的(de)技(ji)術(shu)是(shi)任(ren)務(wu)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)關(guan)鍵(jian)。使(shi)用(yong)經(jing)過(guo)飛(fei)行(xing)驗(yan)證(zheng)的(de)設(she)計(ji)可(ke)保(bao)持(chi)已(yi)證(zheng)明(ming)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)對(dui)長(chang)期(qi)成(cheng)功(gong)機(ji)會(hui)的(de)期(qi)望(wang)。電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)和(he)電(dian)路(lu)優(you)化(hua)是(shi)一(yi)項(xiang)主(zhu)要(yao)的(de)設(she)計(ji)、測試和評估投資，尤其是對於高可靠性應用。例如，在花費大量精力優化降壓轉換器的跡線寄生效應後
，升級到更先進的下一代Si MOSFET比使用GaN等不同技術開始全新設計要簡單得多。新的尺寸兼容
、更高效的 Si MOSFET（如 IR HiRel 的 R9）可以直接用於性能提升，而設計論證和重新認證所需的工作要少得多。

 

耐輻射 Si MOSFET

 

IR HiRel 的抗輻射 R9 MOSFET 係列是最新一代 Si 器件，專為應對需要高可靠性
、穩健性和可追溯性的航天級電子挑戰而設計。簡單的插入式更換可以重複使用已建立的
、經過飛行驗證的設計

，以最少的努力提高係統效率
，並降低高吞吐量衛星的每比特成本。設計人員受益於R9與各種柵極驅動器的兼容性、對寄生參數的更低敏感性、更高的電流能力以及在線性模式操作中比替代技術更好的 SOA。與上一代抗輻射MOSFET相比
，這些矽器件還為空間應用設計人員提供了直接的性能和封裝改進
，同時保持了既定和預期的可追溯性和可靠性水平。

 

概括

 

選擇正確的組件對於所有太空任務的成功至關重要

，但許多因素——如任務概況
、預算限製
、風險等。隨著行業和技術的發展，設計人員會發現COTShekangfushezujiandeyongtu。raner，muqian
，zhiyoukangfusheguiqijianzhanshileshushinianshiyongzhongjingguofeixingyanzhengdechuantong，jiashangwanshandezhilianghekekaoxingbiaozhunyijifengfudejishulijie。ciwai
，jiezhukangfushegui，xitongshejirenyuankeyiquebaocileishebeifuheJANS和QPL標準
，並且能夠滿足需要這些級別可靠性的任務的TOR要求。為了在空間應用中獲得最高水平的信心和可靠性。

 

 

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