Elektronik silikon karbida dapat bekerja di Venus tanpa perlindungan dan pendinginan

Kanan: Pada tanggal 1 Maret 1982, pendarat Venera-13 melakukan pendaratan lembut di permukaan Venus dan menjatuhkan penutup pelindung dari kamera. Kiri: upaya untuk mengambil sampel tanah

Venus Venus dicirikan oleh kondisi lingkungan yang sangat tidak bersahabat. Karena banyaknya gas rumah kaca, ada suhu yang sangat tinggi (sekitar 460 ° C) dan tekanan sekitar 9,4 MPa, sekitar 90 kali tekanan Bumi. Masalah tambahan adalah konsentrasi tinggi SO ₂ di atmosfer (sekitar 180 ppm di permukaan). Konsentrasi ini cukup untuk membentuk awan asam lebat setebal puluhan kilometer.

Karena masalah seperti itu, pengembang pesawat ruang angkasa masa lalu dan saat ini harus menerapkan langkah-langkah luar biasa untuk melindungi sirkuit mikro silikon: ini adalah rumah bertekanan tinggi yang kuat dan / atau sistem pendingin untuk melindungi elektronik penting. Pemasangan perlindungan sangat meningkatkan massa perangkat dan biaya misi. Dengan perlindungan seperti itu, catatan absolut untuk waktu operasi di permukaan Venus untuk peralatan bumi adalah 2 jam 7 menit. Rekor tersebut milik stasiun antarplanet Venera-13 , kendaraan keturunan dengan berat 1.644 kg, dan modul pendaratan 750 kg.


Modul pendaratan "Venus-13"

Sekelompok insinyur dari Pusat Penelitian NASA. J. G. Glenna mengusulkan bahan baru untuk sirkuit elektronik, yang secara dramatis akan meningkatkan kelangsungan hidup perangkat dan mengurangi biaya misi. Untuk pembuatan elektronik, mereka menyarankan menggunakan bahan baru.

Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa percobaan mengesankan telah dilakukan dengan keandalan chip silikon karbida (4H-SiC). Dalam salah satu percobaan sebelumnya, kelompok yang sama dari Pusat Glenn memproduksi mikrosirkulasi dari 24 transistor efek medan dengan gerbang berdasarkan persimpangan ( JFET), dua tingkat interkoneksi logam dan tubuh keramik. Keripik berfungsi secara stabil dalam oven pada suhu 500 ° C selama 1000 jam. Tetapi percobaan-percobaan itu dilakukan di atmosfer Bumi, jadi sekarang kelompok itu telah menyiapkan percobaan lain, kali ini dalam atmosfer asam dan di bawah tekanan.

Dua sirkuit terpadu untuk osilator cincin silikon karbida JFET diproduksi. Generator ring dipilih terutama karena mereka bekerja dengan jumlah minimum interkoneksi logam (satu sinyal output selain standar + V _DD , GND, dan -V _SS untuk daya). Selain itu, ini adalah standar yang diterima untuk menunjukkan sirkuit terintegrasi logis, sinyal outputnya dapat dibedakan bahkan dalam kondisi kebisingan listrik yang signifikan.

Untuk pengujian, generator cincin tiga dan 11 tahap diproduksi. Mereka ditempatkan tanpa perlindungan dalam kondisi fisik dan kimia yang sesuai dengan kondisi atmosfer di permukaan Venus. Pengalaman itu diadakan di laboratorium dengan kondisi lingkungan yang ekstrem di Pusat Penelitian NASA. J. G. Glenn - di dalam kamar 800 liter NASA Glenn Extreme Environments Rig (GEER).


Kamera GEER di Pusat Penelitian NASA. J. G. Glenn akan menguji peralatan dalam kondisi lingkungan yang ekstrem

Untuk mengambil bacaan dari chip selama pengujian, probe through-through khusus dibuat di dalam bilik, yang ujungnya ada di bilik. Ilustrasi menunjukkan ujung probe ini dengan sirkuit terintegrasi generator cincin 11-tahap sebelum dan sesudah pengujian.



Microcircuit itu dikemas dalam kasus 3 × 3 mm, sinyal listrik diterima oleh kabel empat kabel yang terbuat dari paduan Nikel 201. Isolasi kabel terbuat dari isolasi termal keramik dengan oksida magnesium hancur dalam shell yang terbuat dari Inconel 600. Untuk mengisolasi probe di ruang GEER, ujung di kedua sisi ditutup dengan beberapa menyembuhkan siklus kaca tahan panas Ferro 1180A.

Tutup berlubang dipasang di salah satu ujung probe melalui mana atmosfer asam Venus menembus. Itu bisa dilihat di foto (b) di atas (Layar Mesh).

Sebelum mengirim "ke Venus", yaitu, ke ruang GEER, sirkuit dan probe terintegrasi bekerja selama lebih dari 47 jam dalam tungku dengan atmosfer bumi pada suhu dari 460 ° C hingga 480 ° C, dan kemudian 56 jam lagi di ruang GEER dengan kondisi sedang - suhu 460 ° C, dalam atmosfer nitrogen dan di bawah tekanan 9,0 MPa. Hanya setelah itu SO ₂ dimasukkan ke dalam ruangan dan tekanannya meningkat.

Eksperimen dalam simulator atmosfer Venus berlangsung 21,7 hari. Sinyal dari chip dari kamera melalui kabel 14 meter ditransmisikan ke instrumen yang dikendalikan komputer yang terletak di tempat yang aman. Kekuatan 24 V ditransfer ke mereka dengan cara yang sama.



Seperti yang ditunjukkan dalam grafik, generator cincin 3-tahap sepenuhnya bekerja selama 521 jam percobaan pada frekuensi stabil 1,26 ± 0,05 MHz, dan generator cincin 11-tahap bekerja pada frekuensi 245 ± 5 KHz selama sekitar 109 jam, setelah itu sinyal mulai membusuk dan menghilang melalui 161 jam Namun, studi tentang sirkuit mikro setelah percobaan menunjukkan bahwa itu tetap dalam keadaan operasional dan fungsional penuh.


Hasil generator cincin 11-tahap di ruang GEER (di atas) dan setelah ekstraksi dari itu pada akhir percobaan (di bawah) Sebuah

artikel ilmiah diterbitkan pada bulan Desember 2016 di jurnal AIP Advances (doi: 10.1063 / 1.4973429).

Source: https://habr.com/ru/post/id401469/