Wirkung kosmischer Strahlung auf elektronische Bauelemente
An der EAH Jena erforschen wir, wie sich elektronische Bauteile effizienter auf ihre Empfindlichkeit gegenüber kosmischer Strahlung testen lassen. Ziel ist es, sowohl potenzielle Störungen als auch dauerhafte Schäden durch sogenannte Einzelereigniseffekte (Single Event Effects, SEE) besser zu verstehen und geeignete Schutzmaßnahmen einfacher zu verifizieren.
Einzelereigniseffekte treten auf, wenn die energiereichen Ionen der kosmischen Strahlung durch das Bauelement dringen und dabei freibewegliche Ladungsträger im Halbleitermaterial erzeugen. Dabei können abhängig von dem konkreten Aufbau des Bauelementes permanente Kurzschlüsse (Single Event Latchups, SEL) auftreten, die das Bauteil zerstören, wenn es nicht rechtzeitig ausgeschaltet wird. Außerdem können sogenannte Single Event Upsets (SEU) auftreten, bei denen sich der Inhalt von Speicherzellen verändert.
Zielstellung
Zur experimentellen Untersuchung dieser Effekte nutzen wir ein an der EAH Jena entwickeltes Lasersystem, das sogenannte DVD-LaserTag-Modul (DLTM). Mit gepulster Laserstrahlung lassen sich gezielt Ladungsträger im Halbleitermaterial erzeugen und damit Einzelereigniseffekte (SEEs) reproduzierbar auslösen – eine flexible und kostengünstige Alternative zu aufwendigen Tests an Teilchenbeschleunigern. Im Projekt wird das DLTM weiterentwickelt und in seiner Anwendbarkeit erweitert. Ein Schwerpunkt liegt darauf, das System robuster, vielseitiger und einfacher bedienbar zu machen. Insbesondere zwei Themen sollen näher untersucht werden:
SEUs: Zum Schutz vor SEUs werden verschiedene Softwarelösungen wie redundante Datenspeicherung eingesetzt. Wir wollen prüfen, wie hilfreich das DLTM ist, um solche Ansätze zu testen.
SELs: Frühere Projekte haben gezeigt, dass sich Messkampagnen zur SEL-Empfindlichkeit mit dem DLTM gut vorbereiten lassen, indem der Versuchsaufbau vorab schrittweise optimiert wird. Ziel ist die Entwicklung standardisierter Vorgehensweisen, um die Nutzung wertvoller Strahlzeit deutlich zu verbessern.
Darüber hinaus wird das Projekt eng mit der Lehre verknüpft. Im Rahmen des Vorhabens wird für den Masterstudiengang Elektrotechnik/Informationstechnik ein Praktikum entwickelt werden, in dem Studierende direkte Einblicke in die Untersuchung von Strahlungseffekten erhalten. Das Praktikum soll im Vertiefungsprofil “Raumfahrtelektronik“ angeboten werden.
Geplante Ergebnisverwertung
Langfristig trägt das Projekt dazu bei, auch nicht speziell für Raumfahrtanwendungen entwickelte moderne Elektronik zuverlässiger im Weltraum einzusetzen. Gleichzeitig stärkt es die Verbindung von Forschung und Lehre an der Hochschule.
