CHLB ĐỨC – Các thiết bị điện tử khi tiếp xúc với bức xạ có nguy cơ cao xảy ra sự cố. Vệ tinh và các thiết bị y tế như máy chụp cắt lớp vi tính (CT – computed tomography) đặc biệt nhạy cảm trước tác động này. Các nhà nghiên cứu tại viện Fraunhofer về mạch tích hợp (Fraunhofer institute for integrated circuits IIS) ở thành phố Dresden (miền đông nước Đức) đã phát triển một công cụ mã nguồn mở nhằm giúp phòng ngừa các tổn thất chức năng do bức xạ gây ra.
Các nhà nghiên cứu tại viện Fraunhofer đo các cấu trúc thử nghiệm trên một tấm wafer bán dẫn
Thu nhận tín hiệu điện thoại và truyền hình, hệ thống định vị GPS (global positioning system), internet băng thông rộng qua vệ tinh, tất cả đều không thể tồn tại nếu thiếu các hệ thống điện tử trong không gian. Tuy nhiên, bức xạ vũ trụ có thể làm hư hại linh kiện, gây ra các lỗi tạm thời, trục trặc vận hành, sai lỗi bộ nhớ và khiến các thiết bị điện tử lão hóa nhanh hơn. Đối tượng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất là các vệ tinh, trong đó nhiều hệ thống phải hoạt động ngoài không gian suốt hàng chục năm, do đó các thiết bị điện tử cần có độ bền cao và khả năng chống bức xạ vượt trội. Điều này cũng đúng với các thiết bị y tế như máy chụp CT, nơi sử dụng tia X năng lượng cao.
Để đảm bảo các mạch điện hoạt động ổn định trong thời gian dài, các nhà thiết kế vi mạch phải tính đến những yếu tố gây ứng suất (stress factor) (*) vốn cần cho công nghệ bán dẫn, chẳng hạn như bức xạ, ngay từ giai đoạn thiết kế. Tuy nhiên, đặc biệt với các doanh nghiệp nhỏ và các cơ sở nghiên cứu, việc thiếu thông tin liên quan đến giới hạn và đặc tính của các linh kiện tích hợp trong chip bán dẫn là một trở ngại lớn. Vì vậy, họ chỉ có khả năng tiếp cận hạn chế đối với các công nghệ tiên tiến. (*) Ứng suất: là tập hợp các tác động vật lý, điện và môi trường gây ảnh hưởng đến độ bền và hiệu năng của linh kiện. Các yếu tố này có thể bao gồm thay đổi nhiệt độ, điện áp cao, dòng điện lớn, bức xạ ion hóa, độ ẩm hay quá trình lão hóa tự nhiên của vật liệu. Khi chịu ứng suất trong thời gian dài, các linh kiện bán dẫn có thể suy giảm đặc tính, mất ổn định hoặc xuất hiện lỗi.
Trong dự án FlowSpace, các nhà nghiên cứu tại viện Fraunhofer IIS đã phối hợp cùng các đối tác để phát triển một giải pháp mới. Ông Roland Jancke, Trưởng nhóm phương pháp thiết kế thuộc bộ phận kỹ thuật hệ thống thích ứng tại viện Fraunhofer IIS, chia sẻ: “Chúng tôi muốn làm cho các hệ thống điện tử trở nên bền bỉ và đáng tin cậy hơn thông qua công cụ mã nguồn mở”.
Theo ông Jancke, công cụ mã nguồn mở này kết hợp với bộ công cụ thiết kế quy trình mở (process design kit – PDK) sẽ giúp một cộng đồng rộng lớn, bao gồm các trường đại học và doanh nghiệp nhỏ, tiếp cận được các công nghệ tiên tiến. Bộ PDK mở đóng vai trò như một giao diện kết nối giữa các nhà công nghệ phát triển linh kiện và các nhà thiết kế chip. Nhờ khả năng tiếp cận thông tin về các linh kiện trong bán dẫn một cách tự do, các nhà thiết kế có thể hiểu rõ hành vi và cách sử dụng chúng.
Chẳng hạn, ngay từ giai đoạn thiết kế, các nhà phát triển chip đã có thể tính đến quá trình lão hóa của linh kiện. Trong khuôn khổ dự án FlowSpace, nhóm của ông Jancke mô phỏng trong phòng thí nghiệm phản ứng dài hạn của các linh kiện dưới tác động của bức xạ. Các nhà khoa học sử dụng các mô hình toán học kết hợp với phép đo thực nghiệm để mô phỏng thực tế cách một linh kiện cụ thể bị lão hóa ra sao, và liệu nó còn hoạt động được hay không sau khi chịu bức xạ liên tục trong vòng 10 năm.
Đối với các ứng dụng hoạt động trong môi trường bức xạ, các nhà phát triển chip thiết kế các phần mạch quan trọng theo hướng dự phòng nhằm ngăn ngừa sự cố. Giải pháp mới cho phép giảm diện tích chip cho mục đích này, đồng thời tương thích với các công nghệ bán dẫn ngày càng thu nhỏ, vốn nhạy cảm với bức xạ. Các giải pháp kích thước nhỏ đang ngày càng được ưa chuộng vì giúp tiết kiệm năng lượng, không gian và trọng lượng, yếu tố đặc biệt quan trọng đối với các mô-đun không gian.
Để xem các tin bài khác về “Thiết bị điện tử”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
