NASA开发自我修复芯片技术 有助解决太空船长时间航行障碍

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美国国家太空总署(NASA)为加速太空探索与研究进程,一直在寻找如何让太空船加快飞行时间的技术,目前正与南韩科学技术院(KAIST)合作,希望开发能缩短太空探索时间且可长时间抵御宇宙射线的小型太空船,要达成此目标一大关键,在于太空船搭载的矽晶片是否具备自我修复技术。

据IEEE Spectrum报导,英国**物理学家与宇宙学家Stephen Hawking曾预言,地球在人类的破坏下千年内可能不适合人类居住,因此在此之前必须找到适合人类居住的新星球,不过依目前NASA的太空技术,要从地球飞到距离太阳系*近的Alpha Centauri恒星系仍须花上许久时间,因距离远达4.37光年。

不只如此,太空船就算有了可更快速飞行的技术,但航向太空后宇宙间存在的高能射线,也会在太空船漫长的飞行旅程中导致系统失灵。

对此NASA尝试解决问题,近日在加州旧金山举行的「国际电子元件会议」(International Electron Devices Meeting;IEDM)上,NASA的Dong-Il Moon便发布一款与KAIST合作开发的矽晶片,宣称能够在遭遇强烈宇宙射线下进行自我修复,可解决长期遭宇宙射线照射导致的太空船失灵问题。

目前NASA正在开发可让小型太空船只需以20年时间,就能飞往距离太阳系*近恒星系的技术,虽然速度比传统太空船快上100倍,但长时间宇宙飞行将暴露在高能量辐射线环境中,这会导致太空船所搭载晶片的二氧化矽层正电极缺陷累积,*严重的损害是来自电晶体要关闭时外泄电流的增加问题,或是当开启时电晶体电压转换等其他问题。

虽目前已有可*小化晶片辐射暴露及避免照射的保护技术,但均存在缺陷及限制,因此*好的解决方式如Moon所言,是让晶片仍暴露在宇宙射线环境,但在电晶体上新增一个额外连结,以此连结透过热能修复该晶片。实际上这类透过热能驱动遭辐射损伤晶片复原的技术已存在多年,目前*重要是要针对宇宙射线造成的损伤进行***的分析。

NASA这项自我修复晶片技术研究,采用KAIST的实验性闸道围绕「奈米线电晶体」(Nanowire Transistor),该电晶体采奈米级电线作为电晶体通道,闸道完全由奈米线所围绕,因此只需新增额外连结至该闸道就可让电流通过,由电流让经过的闸道及围绕的通道受热,即可修复晶片受辐射损伤部分,且经实验显示可进行多次数修复,这对太空船长时间宇宙航行将有益处,因可因应内建晶片每隔几年关闭、内部加热修复其性能后再开启的循环需求。

KAIST指出,奈米线电晶体是理想的太空环境使用材料,因对宇宙射线有较高**力,加上体积小有助开发更轻薄化的太空船晶片。但若要新增**个电晶体闸道则不是很适合,因必须修改晶片设计及需要创建新的电晶体库,等于增加生产成本。

未来自我修复晶片技术若要获市场注意及普及,如何降低成本将是一大关键,预期在全球首架搭载自我修复晶片的太空船升**,仍将需要进行多年投资才可能达到成本下降愿景。预期这类闸道围绕晶片到了2020年初期可见产量大幅提升,因预期届时晶圆厂将采FinFET制程技术生产电晶体闸道长度小于5奈米的IC。

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