Strahlungsgehärtete Halbleiter bewähren sich im Tiefraum

Die Zuverlässigkeit von Halbleitern im Tiefraum wird durch Strahlungsbeständigkeit, thermische Belastbarkeit und lange Einsatzdauer bestimmt. In diesem Kontext wurden strahlungsgehärtete Bauelemente von Infineon in zentralen Systemen der Orion-Kapsel während der Artemis-II-Mission eingesetzt.

Zuverlässiger Betrieb während einer zehntägigen Mondmission
Die Artemis-II-Mission absolvierte einen zehntägigen Flug, bei dem das Orion-Raumschiff den niedrigen Erdorbit verließ und sich dem Mond näherte. Während der gesamten Mission unterstützten strahlungsgehärtete Komponenten von Infineon die Bordelektronik in Energieversorgung, Steuerung und Kommunikation ohne erkennbare Leistungsbeeinträchtigung.

Diese Bauelemente waren in die elektronische Infrastruktur integriert, die auch außerhalb des schützenden Magnetfelds der Erde zuverlässig funktionieren muss. Hochenergetische Teilchen können dort Einzeleffekte und langfristige Schädigungen in konventionellen Halbleitern verursachen, weshalb Strahlungsresistenz ein zentrales Auslegungskriterium ist.

Strahlungsresistenz durch Bauelementdesign
Anstelle reiner Abschirmung basiert der Ansatz auf Halbleiterarchitekturen, die gezielt gegen Strahlungseinflüsse ausgelegt sind. Dazu gehört die Reduzierung von Effekten wie Ladungsakkumulation und Gitterverschiebung, die zu Funktionsausfällen führen können.

Die Bauelemente sind nach etablierten Raumfahrtstandards qualifiziert, darunter MIL-PRF-38535 Class V, MIL-PRF-19500, ESA-ESCC-Spezifikationen sowie NASA EEE-INST-002. Diese Standards definieren Anforderungen an elektrische Eigenschaften, Prüfverfahren und Langzeitzuverlässigkeit.

Langjährige Einsatzhistorie in Raumfahrtprogrammen
Die Entwicklung strahlungsgehärteter Technologien bei Infineon reicht bis in die 1970er Jahre zurück und umfasst Einsätze in zahlreichen NASA- und ESA-Programmen. Die Bauelemente wurden unter anderem in Navigationssatelliten, der Internationalen Raumstation und aktuellen Explorationsmissionen eingesetzt.

Diese langjährige Einsatzhistorie unterstreicht die Bedeutung stabiler Komponenten in Systemen, bei denen Wartung oder Austausch nicht möglich ist. In solchen Anwendungen beeinflusst die Zuverlässigkeit der Halbleiter direkt die Missionssicherheit.

Systemorientierte Optimierung für Raumfahrtanforderungen
Die Auswahl von Halbleitern wirkt sich in Raumfahrtsystemen nicht nur auf elektrische Parameter aus, sondern auch auf thermisches Verhalten, Gewicht und Bauvolumen. Das Portfolio strahlungsgehärteter Komponenten wird daher auf Systemebene entwickelt, wobei Technologie, Gehäuse und Qualifikation abgestimmt sind.

Dies ermöglicht kompaktere und leichtere elektronische Systeme, was angesichts begrenzter Nutzlast und Energieversorgung von zentraler Bedeutung ist.

Weitbandhalbleiter erhöhen die Energieeffizienz
Zum Portfolio gehören auch Weitbandhalbleiter auf Basis von Galliumnitrid (GaN), die höhere Schaltfrequenzen, geringere Schaltverluste und eine höhere Leistungsdichte ermöglichen als Siliziumlösungen.

Der 100-V-GaN-Transistor von Infineon ist nach dem JANS-Standard gemäß MIL-PRF-19500 qualifiziert und wird in eigenen Fertigungsprozessen hergestellt. Diese Eigenschaften unterstützen den Einsatz in effizienten Stromversorgungssystemen mit reduziertem Gewicht.

Breites Portfolio für Raumfahrtelektronik
Das Angebot umfasst strahlungsgehärtete Silizium-Leistungs-MOSFETs, GaN-Transistoren, Gate-Treiber, Halbleiterrelais sowie Speicher- und HF-Komponenten. Ergänzt wird dies durch eigene Strahlungstests und Programme zur langfristigen Produktverfügbarkeit.

Vor dem Hintergrund zunehmender Missionsfrequenz sowie steigender Anforderungen an Datenverarbeitung und Energieversorgung unterstützen diese Komponenten die Entwicklung robuster elektronischer Systeme für zukünftige Raumfahrtanwendungen.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

www.infineon.com