高电压电子产品受重离子所影响 - 超越太空科学的范畴：高抗干扰的电子设计要求

　　太空方面的电子内容日益增多，现在有数千颗卫星在天空，其中大多数都已经变成太空垃圾。卫星系统变得愈来愈精密，与过去结构单纯的系统完全不可同日而语。大多数人不清楚太空中有多少颗卫星，不过，只要透过网际网路连上Google地球。

　　设计能够承受许多辐射效应的电路极其必要，对于太空航空应用，以及现今的医疗应用更是如此。诊断及安全设备愈来愈仰赖耐辐射的晶片。现今的牙科医疗X光及CT扫描仪诊断设备，一般均使用电子成像与资料转换晶片，而非使用晶片进行摄影。这些设备能够以近乎即时的速度产生影像，完全不需要等候技术人员冲洗胶片，才能决定拍摄的影像是否正确。随着时间累积的辐射效应会对设备造成影响，例如机场中持续使用的 X 光检查设备即是如此。

　　太空应用中的电力电子产品对于很容易受重离子所影响，尤其是高电压电子产品。重离子穿透半导体材质时，会使电荷累积，而形成小型暂时传导路径，这就如同一个小闪电一般，一旦小型暂时传导路径形成，就会从正极高电压电源接地释放高电流。在许多情况下，这会穿透介电，而使得许多电源半导体装置，发生闸极穿通效应及开路。电源元件製造商一般会将装置的一般安全运作供电电压降低 20% 至 50%，以避免如此的问题发生。

　　TI的高可靠性（HiRel）产品部门是耐辐射半导体的主要供应单位。开发与测试电路时，均对于医疗、航空及太空应用的电子系统有害的各种辐射效应加以防範。卫星发射升空完成部署后，如果发生问题，无法对卫星进行维修。即使卫星有备援系统，效果也相当有限。

　　测试太空应用的元件相当不容易。首先，地面的测试机组由于本身的机械能源限制，无法重现太空中所遭受的确切效应。另外，无法长年测试元件是否适合太空中使用。因此，通常使用加速测试技术。

　　加速测试技术尝试重现元件在10至15年太空任务中，可能承受的低剂量辐射所造成的效应。太空应用的这些技术有时令人毫无头绪。在某些情况下，同一个元件在低剂量率下会产生非预期的结果，而在高剂量率下却一切正常，这就是所谓的增强低剂量率灵敏度（enhanced low-dose rate sensitivity; ELDRS）问题，这个问题一直是现今许多辐射会议与标準会商的讨论主题。

　　在高辐射环境中电路效率的影响方面，电路技术也相当重要。CMOS、双极、GaAs、SiGe 及其他製程技术在不同的辐射效应下的运作互有优劣。对于各种效应可达到高耐受度的高可靠性产品而言，瞭解这些技术的运作至关重要。如果无法实际测量某些条件，仅能透过统计数据及有限的资料进行预测。

　　由于测试机组能够产生的粒子能量类型相当有限，因此必须瞭解产品运作的环境，并且必须确保电路稳定，并且能够承受具体的特定效应。在必须稳定的系统中使用 HiRel产品有助于降低系统失效的风险。为了降低成本而製作不确实，会危及数百万美元的太空或航空硬体。总归一句话，这确实超越太空科学的範畴。