墨爾本研究人員和來自意大利國家核工業研究所(INFN) 和歐洲核子研究中心的國際合作伙伴正在開發抗輻射半導體芯片，他們在SIRIUS 離子加速器上使用了獨特的最先進的高能離子微探針。ANSTO加速器科學中心測試原型。

SRAM 芯片基于納米級 CMOS 技術構建，用于太空、高能加速器或操作控制系統暴露于輻射的核設施。

由科學家、斯威本大學高級研究員、墨爾本大學名譽研究員Jafar Shojaii 博士領導的團隊，與來自 INFN 和米蘭大學的合作伙伴，采用獨創的方法設計了一個具有新架構的原型 SRAM 存儲芯片，以消除單粒子翻轉 (SEU) 和單粒子效應 (SEE) 以提高其在輻射惡劣環境中的運行可靠性。

該團隊與中心合作伙伴一起使用 SIRIUS 微探針在真空中使用離子和質子束模擬原型芯片選定部分的曝光。

高能質子是低地球軌道中最豐富的粒子類型輻射，并且像碳這樣的高能重離子作為二次反沖粒子產生。

“加速器科學中心測試的新穎之處在于，核微探針通過計算機控制的快速掃描實現了亞微米精度的高精度輻照，”Shojaii 博士說。

“這種輻照測試模式使我們能夠研究選定芯片電路中的 SEE，同時確保其他重要的芯片部件保持完整。”

SIRIUS 微探針系統可以生成和聚焦多種離子束，并允許用戶在穿透深度的芯片預選區域中選擇線性能量沉積速率。

輻射會產生寄生信號或損壞運行控制系統的關鍵電子元件，例如用于空間衛星、儀器和車輛的內存和處理芯片。

“輻射損傷對最新一代微電子技術性能的影響在科學界仍然沒有得到很好的理解，”Shojaii 博士解釋說。

“只有通過實驗才能證實該技術的性能不會受到輻射的不利影響，”他說。
 

斯威本大學的 Jafar Shojaii 博士拿著在 Sirius 加速器上測試過的原型設備

“在用于太空之前，我們需要驗證單個芯片中的數億個晶體管在設備級別上是否能夠正常運行。對半導體芯片的輻射效應一直是衛星在太空任務中失敗的主要原因之一，”Shojaii 博士說。

“我們的計劃得到了國防部的大力支持，因為這種新穎的能力在國防應用中極為重要。”

使用 SIRIUS 核微探針對芯片原型進行選擇性照射。定制模塊化實驗終端，滿足用戶正常運行時的芯片輻射測試需求。

對于重量和低能耗以及快速性能很重要的空間，納米級、超低能耗電子產品是一種實用的選擇。然而，該技術對高能量和高穿透輻射的影響極為敏感。

在過去 12 個月內在 ANSTO 進行的三個實驗過程中，定制芯片在不同的實驗室條件下進行了測試，例如不同的粒子質量和能量、增加的粒子速率和增加的累積劑量。

電子元件吸收的輻射劑量通常以 Rads 表示。

事實證明，新的芯片架構對于太空社區所需的閾值劑量(100 千拉德)和高達 10 MHz 的粒子速率來說是難以輻射的。

此外，該芯片能夠承受高達 100 MRad 范圍的非常高的劑量，這是高能加速器社區所需要的，例如瑞士歐洲核子研究中心的大型強子對撞機實驗。

“與多條儀器光束線耦合的 Sirius 加速器系統是 ANSTO 和澳大利亞應用科學的旗艦研究設施之一，它非常適合在輻射惡劣環境中對材料進行表征和測試，”高級加速器科學家 Pastuovic 博士說在 ANSTO 的加速器科學中心，他專門研究先進材料和設備技術的應用。

“精密輻照用于空間、健康、生物學、電子、通信、能源和量子科學測試的先進材料和設備原型。它正在迅速成為該中心的核心能力之一，”加速器科學中心的加速器光束線科學家 Stefania Perracchi 博士說，他專門研究輻射劑量學并參與了實驗

“專家人員在現場實時建模和準備實驗、制造和定制技術的能力對于高科技研發的復雜測量是必不可少的，”Pastuovic 博士說。

“與 Shojaii 博士的初步接觸是由前工作人員 Adam Sarbutt 秘密進行的，我們感謝他的主動性，”Pastuovic 博士說。