Strahlenbedingte Elektronik-Defekte vermeiden
Dresdner Fraunhofer-Forschende arbeiten an einem Open-Source-Tool, mit dessen Hilfe sich strahlungsbedingte Funktionsverluste besser eindämmen lassen.
Telefon- und Fernsehempfang, GPS-Navigationssysteme, Breitband-Internet per Satellit – ohne Elektronik im Weltall wäre all das nicht möglich. Doch besonders kosmische Strahlung kann Bauteile beschädigen, kurzzeitige Ausfälle, Betriebsstörungen sowie Speicherfehler verursachen und die Elektronik schneller altern lassen. Vor allem Satelliten, die teilweise mehrere Jahrzehnte im Weltall bleiben, benötigen daher besonders robuste, strahlungsfeste Elektronik. Dasselbe gilt für Medizinprodukte wie CT-Geräte, in denen energiereiche Röntgenstrahlung eingesetzt wird.
Um sicherzustellen, dass Schaltungen langfristig zuverlässig funktionieren, müssen Chipdesigner bereits beim Entwurf Stressfaktoren für Halbleitertechnologien wie Strahlenbeschuss berücksichtigen. Besonders kleineren Unternehmen und Forschungseinrichtungen fehlen jedoch häufig relevante Informationen über die Grenzen und Eigenschaften der Bauelemente, die in den Halbleiter-Chips verbaut sind. So können sie oft nur eingeschränkt auf innovative Technologien zugreifen.
An einer Lösung arbeiten Forschende des Fraunhofer-IIS gemeinsam mit Partnern im Projekt FlowSpace: „Wir möchten Elektronik dank eines Open-Source-Tools noch robuster und zuverlässiger machen“, erklärt Roland Jancke, Abteilungsleiter im Bereich Entwurfsmethoden am Fraunhofer-IIS Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme.
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So können Chipdesigner zum Beispiel schon beim Entwurf den Alterungsprozess der Bauteile miteinbeziehen. Im Projekt simuliert das Team um Roland Jancke im Labor, wie Bauteile langfristig auf Strahlung reagieren: Auf Basis mathematischer Modelle und Messungen bilden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler etwa in Versuchen innerhalb weniger Tage realistisch ab, wie ein bestimmtes Bauelement unter zehnjähriger Bestrahlung voraussichtlich altert – und ob es auch dann noch funktioniert.
Chipdesigner legen relevante Schaltungsteile für strahlenbelastete Anwendungen mehrfach aus, um Fehlfunktionen zu vermeiden. Die dafür benötigte Chipfläche lässt sich mit der neuen Lösung reduzieren, da sie auch mit zunehmend kleineren Halbleitern kompatibel ist, die sogar noch strahlungsempfindlicher sind. Kleinere Technologien werden immer beliebter, da sie energie-, platz- und gewichtssparender sind. Gerade bei Weltraummodulen ist das besonders wichtig. [FhG / dre]
