墨尔本研究人员和来自意大利国家核工业研究所(INFN) 和欧洲核子研究中心的国际合作伙伴正在开发抗辐射半导体芯片，他们在SIRIUS 离子加速器上使用了独特的最先进的高能离子微探针。ANSTO加速器科学中心测试原型。

SRAM 芯片基于纳米级 CMOS 技术构建，用于太空、高能加速器或操作控制系统暴露于辐射的核设施。

由科学家、斯威本大学高级研究员、墨尔本大学名誉研究员Jafar Shojaii 博士领导的团队，与来自 INFN 和米兰大学的合作伙伴，采用独创的方法设计了一个具有新架构的原型 SRAM 存储芯片，以消除单粒子翻转 (SEU) 和单粒子效应 (SEE) 以提高其在辐射恶劣环境中的运行可靠性。

该团队与中心合作伙伴一起使用 SIRIUS 微探针在真空中使用离子和质子束模拟原型芯片选定部分的曝光。

高能质子是低地球轨道中最丰富的粒子类型辐射，并且像碳这样的高能重离子作为二次反冲粒子产生。

“加速器科学中心测试的新颖之处在于，核微探针通过计算机控制的快速扫描实现了亚微米精度的高精度辐照，”Shojaii 博士说。

“这种辐照测试模式使我们能够研究选定芯片电路中的 SEE，同时确保其他重要的芯片部件保持完整。”

SIRIUS 微探针系统可以生成和聚焦多种离子束，并允许用户在穿透深度的芯片预选区域中选择线性能量沉积速率。

辐射会产生寄生信号或损坏运行控制系统的关键电子元件，例如用于空间卫星、仪器和车辆的内存和处理芯片。

“辐射损伤对最新一代微电子技术性能的影响在科学界仍然没有得到很好的理解，”Shojaii 博士解释说。

“只有通过实验才能证实该技术的性能不会受到辐射的不利影响，”他说。
 

斯威本大学的 Jafar Shojaii 博士拿着在 Sirius 加速器上测试过的原型设备

“在用于太空之前，我们需要验证单个芯片中的数亿个晶体管在设备级别上是否能够正常运行。对半导体芯片的辐射效应一直是卫星在太空任务中失败的主要原因之一，”Shojaii 博士说。

“我们的计划得到了国防部的大力支持，因为这种新颖的能力在国防应用中极为重要。”

使用 SIRIUS 核微探针对芯片原型进行选择性照射。定制模块化实验终端，满足用户正常运行时的芯片辐射测试需求。

对于重量和低能耗以及快速性能很重要的空间，纳米级、超低能耗电子产品是一种实用的选择。然而，该技术对高能量和高穿透辐射的影响极为敏感。

在过去 12 个月内在 ANSTO 进行的三个实验过程中，定制芯片在不同的实验室条件下进行了测试，例如不同的粒子质量和能量、增加的粒子速率和增加的累积剂量。

电子元件吸收的辐射剂量通常以 Rads 表示。

事实证明，新的芯片架构对于太空社区所需的阈值剂量(100 千拉德)和高达 10 MHz 的粒子速率来说是难以辐射的。

此外，该芯片能够承受高达 100 MRad 范围的非常高的剂量，这是高能加速器社区所需要的，例如瑞士欧洲核子研究中心的大型强子对撞机实验。

“与多条仪器光束线耦合的 Sirius 加速器系统是 ANSTO 和澳大利亚应用科学的旗舰研究设施之一，它非常适合在辐射恶劣环境中对材料进行表征和测试，”高级加速器科学家 Pastuovic 博士说在 ANSTO 的加速器科学中心，他专门研究先进材料和设备技术的应用。

“精密辐照用于空间、健康、生物学、电子、通信、能源和量子科学测试的先进材料和设备原型。它正在迅速成为该中心的核心能力之一，”加速器科学中心的加速器光束线科学家 Stefania Perracchi 博士说，他专门研究辐射剂量学并参与了实验

“专家人员在现场实时建模和准备实验、制造和定制技术的能力对于高科技研发的复杂测量是必不可少的，”Pastuovic 博士说。

“与 Shojaii 博士的初步接触是由前工作人员 Adam Sarbutt 秘密进行的，我们感谢他的主动性，”Pastuovic 博士说。