La resistencia a la radiación es el acto de fabricar componentes electrónicos y sistemas resistentes a daños o funcionamientos erróneos causados por la radiación ionizante (radiación de partículas y electromagnética de alta energía), como las que se dan en el espacio exterior, vuelos de altitud elevada, alrededor de reactores nucleares y aceleradores de partículas o en accidentes nucleares.
La mayoría de componentes electrónicos semiconductores son susceptibles de resultar dañados por la radiación. Los componentes resistentes a la radiación se basan en sus equivalentes no resistentes, a los que se realizan variaciones en diseño y fabricación para reducir esta susceptibilidad a ser dañados. Debido al desarrollo extensivo y el testeo requerido para lograr el diseño de un chip microelectrónico tolerante a la radiación, estos suelen quedar desfasados con respecto a los desarrollos más recientes.
Los productos resistentes a la radiación son típicamente testados en ensayos de uno o más efectos resultantes, incluyendo dosis total de ionización (TID), efectos de baja dosis mejorados (ELDRS), daños por desplazamiento de neutrones y protones y efectos de evento simple (SEE, SEE, SEL y SEB).
Ver también: Daño por radiación
Los entornos con alto nivel de radiación ionizante crean retos de diseño especiales. Una sola partícula cargada puede emitir miles de electrones, provocando ruido eléctrico e impulsos de señal. En el caso de circuitos digitales, esto puede causar resultados inexactos o ininteligibles. Este es un problema particularmente serio en el diseño de satélites, naves espaciales, aviones militares, plantas de energía o armas nucleares. Con objeto de asegurar el correcto funcionamiento de estos sistemas, los fabricantes de circuitos integrados y sensores destinados al mercado militar o aeroespacial emplean diversos métodos de endurecimiento contra radiación. Los sistemas resultantes son llamados endurecidos o resistentes a la radiación.
Fuentes típicas de exposición de componentes electrónicos a radiación ionizante son los cinturones de radiación Van Allen, reactores nucleares en plantas para sensores y circuitos de control, aceleradores de partículas para electrónica de control (particularmente dispositivos detectores de partículas), la radiación residual de isótopos en materiales de encapsulado de chips, la radiación cósmica para naves espaciales o aviones de gran altitud y explosiones nucleares para todo tipo de electrónica tanto militar como civil.
Se producen dos mecanismos de daño fundamentales:
Los efectos pueden variar ampliamente dependiendo de muchos parámetros: tipo de radiación, dosis total y flujo de radiación, combinación de distintos tipos de radiación e incluso el tipo de carga del dispositivo (frecuencia o voltaje de operación, estado actual del transistor en el instante en que es impactado por la partícula), lo cual hace de un testeo concienzudo, una labor difícil, extendida en el tiempo y la cual requiere de muchas muestras.
Los efectos que el usuario puede observar pueden ser organizados en varios grupos:
Los efectos de evento simple (SEE), que afectan mayoritariamente a los dispositivos digitales, no han sido profundamente estudiados hasta hace relativamente poco tiempo. Cuando una partícula de alta energía viaja a través de un semiconductor, deja un rastro ionizado a su paso. Esta ionización puede causar un efecto altamente localizado similar a los transitivos -un fallo benigno a la salida, el cambio de un bit en memoria o en un registro o, especialmente en transistores de alta potencia, un latchup destructivo que incendia el dispositivo. Los efectos de evento simple tienen importancia para la electrónica en satélites, aviones u otro tipo de aplicaciones civiles o aeroespaciales militares. A veces, en los circuitos que no incluyen latches, es útil introducir circuitos RC con tiempo constante para ralentizar la reacción del circuito a lo largo de la duración de un SEE.
Mientras que los rayos de protones son ampliamente usados para ensayos SEE dada su disponibilidad, para energías más bajas la irradiación de protones puede subestimar a menudo la susceptibilidad SEE. Además, los rayos de protones exponen a los dispositivos al riesgo de un fallo por ionización total (TID) que puede enturbiar los resultados del ensayo o provocar un fallo prematuro del dispositivo. Los rayos de neutrones blancos (presumiblemente el método de ensayo SEE más representativo) son derivados normalmente de fuentes sólidas basadas en objetivos, aportando un flujo no uniforme y pequeñas áreas de radiación. Los rayos de neutrones blancos tienen también algunas medidas de incertidumbre en su espectro energético, a menudo con alto contenido de neutrones térmicos.
Las desventajas de las fuentes de protones y de neutrones por espalación pueden ser evitadas empleando neutrones monoenergéticos de 14MeV (pueden ser utilizados para entender secciones cruzadas de SEE en microelectrónica moderna).
Un estudio de particular interés, realizado en por Normand and Dominik [2] en 2010, demuestra la efectividad de neutrones de 14MeV.
El primer laboratorio dedicado a ensayos SEE en Canadá está siendo establecido en el Sur de Ontario bajo el nombre de RE-Labs Inc.
Los componentes resistentes o tolerantes a radiación a menudo son empleados para aplicaciones militares y aeroespaciales. Estas aplicaciones deben incluir:
En Telecomunicaciones, el término dureza nuclear tiene los siguientes significados:
Ver también: Comparativa de sistemas embebidos en los Mars Rovers
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