Prevención de fallos inducidos por la radiación

La recepción de teléfono y televisión, los sistemas de navegación GPS, Internet de banda ancha vía satélite... Nada de esto sería posible sin la electrónica en el espacio. Sin embargo, la radiación cósmica en particular puede dañar los componentes, provocar fallos a corto plazo, mal funcionamiento y errores de memoria, y acelerar el envejecimiento de la electrónica. Por ello, los satélites, algunos de los cuales permanecen en el espacio durante varias décadas, requieren una electrónica especialmente robusta y resistente a la radiación. Lo mismo se aplica a los productos médicos, como los escáneres de TC, en los que se utilizan rayos X de alta energía.

Para garantizar que los circuitos funcionen de forma fiable a largo plazo, los diseñadores de chips deben tener en cuenta los factores de estrés de las tecnologías de semiconductores, como el bombardeo de radiación, en la fase de diseño. Sin embargo, las empresas más pequeñas y las instituciones de investigación, en particular, suelen carecer de información relevante sobre los límites y las propiedades de los componentes implementados en los chips semiconductores. Por lo tanto, a menudo solo tienen un acceso limitado a las tecnologías innovadoras.

Los investigadores del Fraunhofer IIS están trabajando conjuntamente con sus socios en una solución en el proyecto FlowSpace: “Queremos hacer que la electrónica sea aún más robusta y fiable con una herramienta de código abierto”, explica Roland Jancke, director de Metodología de Diseño en la división de Ingeniería de Sistemas Adaptativos del Fraunhofer IIS. Según Jancke, la herramienta de código abierto y un kit de diseño de procesos abierto (PDK) podrían dar acceso a tecnologías innovadoras a una amplia comunidad, como universidades y pequeñas empresas. Un PDK abierto proporciona una interfaz entre los tecnólogos que desarrollan un componente y los diseñadores de chips. Con información de libre acceso sobre los componentes de los semiconductores, los diseñadores saben cómo se comportan estos elementos y cómo se pueden utilizar. Por ejemplo, los diseñadores de chips ya pueden tener en cuenta el envejecimiento de los componentes en la fase de diseño. En el proyecto FlowSpace, el equipo de Jancke simula en el laboratorio la respuesta a largo plazo de los componentes a la radiación.

Los científicos utilizan modelos matemáticos y mediciones para simular de forma realista cómo es probable que envejezca un determinado componente y si seguirá funcionando después de irradiados durante un período de diez años.

Los desarrolladores de chips diseñan las partes relevantes del circuito de forma redundante para aplicaciones expuestas a la radiación, con el fin de evitar fallos de funcionamiento. La nueva solución permite reducir el área del chip necesaria para ello, ya que también es compatible con semiconductores cada vez más pequeños y aún más sensibles a la radiación. Las soluciones más pequeñas son cada vez más populares, ya que ahorran energía, espacio y peso. Esto es especialmente importante para los módulos espaciales.