Impacto de la Radiación Espacial en Dispositivos Electrónicos: Tipos de Fallos y Mitigación

Fuentes de Radiación y Generación de Iones en el Espacio

Los dispositivos electrónicos en el espacio están expuestos a diversas fuentes de radiación. La radiactividad genera partículas alfa, beta y rayos gamma. Estas, junto con los rayos X, son capaces de generar iones al interactuar con la materia.

Conceptos Fundamentales de la Interacción Radiación-Materia

• Transferencia Lineal de Energía (LET): La pérdida de energía por unidad de longitud de una partícula al interaccionar con el material blanco (MeV/cm).
• Exposición: Cantidad de ionización producida en el aire por una radiación X o gamma en un punto dado.
• Dosis de radiación absorbida: Energía que se deposita por unidad de masa del material absorbente.
• Tasa de radiación: Dosis recibida por unidad de tiempo.

La interacción depende de la radiación (energía) y del material (naturaleza y espesor). El resultado puede ser la absorción total, el paso parcial o el paso completo de la radiación.

Efectos de Iones Pesados y Apantallamiento

Los iones energéticos positivos generan una masa de electrones y huecos mayor que en otros casos. Cuanto más pesado es el ion, más carga se genera sobre la trayectoria debido a sucesivas colisiones (estos iones se ubican en el espacio).

Para el apantallamiento, es crucial elegir el material adecuado según la partícula que se desee detener.

Clasificación de los Efectos de la Radiación en Componentes Electrónicos

• Efectos de Evento Único (SEE): Perturbaciones aleatorias e instantáneas provocadas por el paso de una sola partícula o fotón.
• Efectos de Dosis: Cambios permanentes debidos a la exposición crónica a la radiación, que provocan que el circuito se desvíe de su tolerancia y acabe fallando.
• Efectos de Tasa: Se provocan por la exposición a tasas de dosis extremadamente altas durante un breve intervalo de tiempo, induciendo efectos similares a los SEE.

Tipos de Efectos de Dosis

1. Dosis Total de Ionización (TID): Es el resultado de la exposición continuada a la radiación que degrada los componentes, llegando a provocar fallos en el funcionamiento del circuito.
2. Dosis de Neutrones o Protones: Es la acumulación del daño físico.

Daño por Desplazamiento

Causado por partículas no ionizantes, que forman grupos de átomos atrapados en el material. Estos grupos pueden actuar como generadores, recombinadores o centros de atracción para otros átomos.

Clasificación de Errores de Evento Único (SEE)

1. Soft Error (Error Blando): Efectos no destructivos y reversibles para el componente, que pueden afectar a la lógica secuencial o combinacional.
2. Hard Error (Error Duro): Efectos funcionales permanentes que pueden destruir físicamente al componente.

Efectos Específicos de Evento Único (SEE)

SEU (Single Event Upset)

Es una corrupción de un dato dentro de un dispositivo digital debido a una radiación ionizante transitoria. En los circuitos CMOS, se deben a las fotocorrientes inducidas y al efecto de almacenamiento de cargas en las uniones PN. (Clasificado como Soft Error).

SEL (Single Event Latchup)

Producido por un alto LET. La ionización crea un camino de corriente parásita que puede destruir el dispositivo. (Clasificado como Hard Error y se produce con altas dosis transitorias).

Otros Tipos de SEE

• SEB (Single Event Burnout): Un transistor en corte es impactado por una partícula cargada, creando un plasma conductor que forma un cortocircuito y rompe el dispositivo por temperatura.
• SEFI (Single Event Functional Interrupt): El sistema deja de funcionar debido al impacto de una partícula.
• SET (Single Event Transient): Picos de tensión transitorios en las salidas.
• SESB (Single Event Snapback): Un transistor de unión bipolar (*BJT*) parásito que hay entre la fuente y el drenador de un *MOS* crea corriente de avalancha provocada por el impacto de un ion.
• SEGR (Single Event Gate Rupture): Una partícula cargada atraviesa la puerta de un *MOS*, creando un cortocircuito entre la puerta y el canal.