耐辐射

在商业和政府任务激增的推动下，太空经济正加速发展。随着计算技术和 AI 的不断演进，对能够在太空中直接处理数据的高性能技术的需求日益增长。

AI 赋能的端侧计算正推动太空作业模式的变革，使航天器能够自主分析传感器数据、检测异常并做出决策，在降低对地面系统依赖的同时，有效节约上下行链路带宽。

耐辐射存储解决方案对于确保此类智能自主平台在严苛太空环境中可靠运行至关重要。在太空环境中，电离辐射暴露可能会干扰传统电子设备或导致其性能退化。

了解电子领域中“耐辐射”的含义，以及美光如何为其面向航天和国防领域的耐辐射内存解决方案进行认证。联系我们的销售支持团队，了解更多详情。

什么是耐辐射？

耐辐射的定义：“耐辐射”是指经过专门认证、能够在电离辐射环境中可靠运行的电子器件。

“耐辐射能力”和“耐辐射”这两个术语虽密切相关，但在技术和市场营销语境中却用途各异。

“耐辐射能力”是指系统、器件或材料对电离辐射的可量化耐受能力，该能力通过设计技术和认证流程实现，以减轻电离辐射效应。该术语通常用于讨论规格或性能阈值，例如：“美光的内存解决方案通过 TID 和 SEE 测试，具备耐辐射能力。”

相比之下，“耐辐射”是描述性术语，用于指代具备耐辐射能力的产品或技术，例如：“美光推出了一款新型耐辐射 SLC NAND 闪存。” “耐辐射”这一概念虽广泛应用于工程和市场营销领域，但目前尚无单一全球标准机构对其作出正式定义。其含义可能因具体语境而异——美国国家航空航天局 (NASA)、欧洲航天局 (ESA) 及其他组织可能采用不同的阈值和认证标准。

然而，在美光，“耐辐射”指向一套特定且严格的认证流程，该流程符合公认标准，包括基于 NASA PEM-INST-001 二级流程、MIL-STD-883 TM1019 条件 D（针对 TID）及 ASTM F1192 / JESD57 （针对 SEE）的扩展测试和筛选方案。符合标准，就能够确保美光耐辐射器件能够满足航天和国防环境对可靠性的严苛要求。

为何耐辐射能力至关重要？

部署于偏远和极端环境（如太空、高空飞行器和核设施）的电子设备须耐受各种极端工况，包括振动、真空压力、温度波动以及辐射暴露。

太阳高能粒子及银河宇宙射线产生的电离辐射长期辐照会导致传统电子设备性能退化。而耐辐射电子设备是确保任务成功的关键，可使智能平台在面临上述威胁时仍能安全、稳定地运行。

如何实现耐辐射能力？

耐辐射器件需经过测试和认证，以耐受以下三类主要辐射效应：

• 总电离剂量 (TID)：长期辐射暴露产生的累积损伤，可导致半导体性能退化。
• 单粒子效应 (SEE)：单个高能粒子撞击器件引发的突发性干扰，可能造成数据损坏或功能错误。
• 位移损伤：粒子导致原子位移，进而在半导体晶格内形成结构性损伤，影响器件的长期可靠性。

为实现耐辐射能力，制造商需综合运用专用材料、设计策略和严格的测试规程，包括：

• 采用绝缘体上硅 (SOI)、硅锗 (SiGe) 等抗辐射加固材料，此类材料对辐射暴露引起的电荷积聚和性能退化具有更低敏感性。
• 运用冗余电路、自动纠错机制及敏感区域隔离等稳健的电路设计技术，防止损伤扩散。
• 采用工艺级加固和屏蔽措施，降低辐射对器件性能的影响。

在美光，“耐辐射”意味着什么？

虽然大多数耐辐射器件（包括商用塑封微电路 (PEM)）均设计用于耐受总电离剂量 (TID)、单粒子效应 (SEE) 及位移损伤，但其并非针对航天或国防领域的严苛环境原生设计。

在美光，“耐辐射”的标准超越了行业标准。美光所定义的耐辐射，不仅要求器件具备耐辐射能力，还需满足严格的航天认证标准，包括 TID、SEE 测试，以及符合 NASA 和军用协议的扩展测试，以确保器件在航天和国防环境中的可靠性。

美光的耐辐射认证流程包括：

• 扩展的质量和性能测试以及全面的器件筛选，该流程符合 NASA 的 PEM-INST-001 二级流程，包括温度循环、缺陷检测以及 590 小时的动态老化测试。
• TID 测试，符合 MIL-STD-883 TM1019 条件 D，用于评估器件在轨伽马辐射环境下的 TID 耐受能力。
• SEE 测试，符合美国材料与试验协会 (ASTM) F1192 标准以及联合电子设备工程委员会 (JEDEC) JESD57 标准，用于评估高能粒子对半导体的影响。

上述标准确保美光器件不仅具备耐辐射能力，而且通过航天级认证，从而为关键任务应用提供高可靠性支撑。

耐辐射电子设备的发展历程是怎样的？

耐辐射电子设备的演进历程，反映了为满足航天、军事区域、核设施等高辐射环境下的可靠运行需求，而持续推动的数十年创新。

• 20 世纪 60 至 70 年代，早期航天任务：在太空探索的早期阶段，耐辐射能力便成为一项关键要求。NASA 和国防机构开始改造商用电子设备，引入基础屏蔽结构和冗余设计，以抵御宇宙辐射。此类早期系统为抗辐射加固设计原则奠定了基础。
• 20 世纪 80 至 90 年代，抗辐射加固器件：随着卫星和国防技术日趋成熟，制造商开始研发生产专用抗辐射加固器件。此类芯片采用专用材料和布局设计，旨在抵御总电离剂量 (TID) 和单粒子效应 (SEE)。然而，由于采用相对老旧或不够先进的技术，其性能往往落后于商用器件；同时，由于制造工艺专用且产量有限，其成本显著高于商用器件。
• 2000–2010 年，商用现货 (COTS) 器件升级筛选：为了降低成本、提升性能并改善可用性，工程师开始对商用现货 (COTS) 器件进行升级筛选，对其进行测试并验证其在辐射环境下的适用性。该方案虽成本更低，但也引入了性能波动和生命周期风险。
• 21 世纪 10 年代至今，抗辐射加固设计 (RHBD)：RHBD 方法通过将辐射耐受性直接嵌入芯片架构，实现了该领域的技术革新。这使得能够开发出性能更优、质量更轻且可靠性更高的片上系统 (SoC) 解决方案，以满足航天和国防任务的需求。 
• 21 世纪 20 年代至今，现代航天级内存：美光等公司现已提供通过航天级认证的耐辐射内存，其设计符合 MIL-STD-883、ASTM F1192 和 JESD57 等严格标准。此类解决方案支持在轨 AI 端侧计算和自主决策，标志着高韧性智能航天系统进入新时代。

耐辐射器件和系统是如何应用的？

在电离辐射可能损害传统电子设备的环境中，耐辐射能力对于实现可靠运行至关重要。耐辐射器件和系统被广泛应用于各种关键任务领域：

航天探索与卫星系统

耐辐射电子设备可确保在轨稳定运行，抵御宇宙射线和太阳粒子对数据完整性和系统稳定性的持续威胁。

军事与国防电子

国防平台依赖耐辐射器件，以确保在高海拔和核辐射易发区域实现安全通信、安防和导航。

高空航空电子设备

在高空飞行的航空器所面临的辐射水平会更高。耐辐射航空电子设备可在这些条件下保障飞行安全和系统可靠性。

核能基础设施

核设施中的控制系统必须能够耐受辐射照射，以确保安全运行，并在常规和紧急情况下防止系统故障。

工业和物联网 (IoT) 应用

耐辐射器件在部署于恶劣环境（如反应堆周边、航空航天制造场景）的工业自动化及遥感系统中的应用日益广泛。