Strahlungsfeste Chips für Weltraum, Forschung, Medizintechnik und Waffen

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Chips mögen keine ionisierende Strahlung. Denn die verursacht in Halbleiterbauelementen unterschiedliche Störungen. Deren Folgen wiederum reichen von kurzen Fehlfunktionen bis zu tödlichen Explosionen – je nachdem, was der betroffene Chip steuert. Satelliten und Interkontinentalraketen sind im Weltraum kosmischer Strahlung ausgesetzt. In Atomkraftwerken, in Beschleunigern für physikalische Experimente und bei Atomwaffen tritt starke Teilchenstrahlung auf. In Computertomografen stecken digitale Sensoren für Röntgenstrahlung.

Für den Betrieb bei starker ionisierender Strahlung gibt es spezielle Halbleiterbauelemente. Solche Chips nennt man auch „Radiation hardened“ (rad-hard) oder „Radiation tolerant“, je nach Ausführung. Die Abhärtung gegen Strahlung erfolgt auf unterschiedlichen Ebenen, beispielsweise durch spezielle Fertigungstechnik, besondere Materialien oder den Einbau von Fehlerkorrekturfunktionen. Der Markt boomt, unter anderem weil abertausende Kommunikationssatelliten in niedrige Umlaufbahnen (Low Earth Orbit, LEO) geschossen werden und weil viele Staaten aufrüsten.

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• Ionisierende Strahlung verursacht in Halbleiterbauelementen vorübergehende Störungen und bleibende Schäden.
• Gehärtete Chips vertragen viel Strahlung und sind oft auch gegen hohe Temperaturen und starke Vibrationen geschützt.
• In Weltraumelektronik nutzt man aus mehreren Gründen oft FPGAs.

Kosmische Strahlung und strahlungsfeste Chips

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Rad-Hard-Chips sind drastisch teurer als Standardbauteile mit vergleichbaren Funktionen, schon ein simpler Spannungsregler kann 500 Euro kosten. Die Spezialchips baut man in viele Geräte ein, die außer Strahlung noch weitere Extrembedingungen aushalten müssen: Elektronik für den Weltraum muss beim Raketenstart enorme Beschleunigung und Vibrationen überstehen, ist tiefer Kälte oder hohen Temperaturen ausgesetzt und soll jahre- bis jahrzehntelang störungsfrei arbeiten. Manche Komponenten müssen zudem jahrzehntelang in gleicher Qualität von vertrauenswürdigen Lieferanten erhältlich sein, weil man beispielsweise Atomraketen ungern schon nach wenigen Jahren entsorgt.

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