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NASA延攬業界專家開發金星探測用晶片

上網時間: 2015年08月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:金星  NASA  探測器  高溫  製程設計套件 

太陽系中的金星(Venus)表面溫度高達500℃,熱到足以熔化鉛或將鋁變成漿狀;為此,美國太空總署(NASA)在「中小型企業創新研發專案(Small Business Innovation Research Program)」之下,提供24萬5,000美元資金,聘請來自美國無晶圓廠業者Ozark IC (由阿肯色州大學獨立)的專家,開發能耐受500℃高溫的製程設計套件(PDK)。

曾任職於德州儀器(TI)的Ozark IC技術長Jim Holmes表示,該公司先前曾獲得美國國家科學基金會(NSF)贊助,開發350℃製程設計套件,這個成功經驗讓他們獲得NASA青睞,將在一個兩階段專案中,為Venus Land Sailing Rover 探測裝置(編按:一種外觀為三輪式地面帆船的太空探測器)上應用的晶片,打造500℃製程設計套件。

由於金星表面溫度是太陽系最高,俄羅斯與日本所開發的金星探測器都只能支撐幾個小時,NASA所開發的裝置有希望能超越它們。在Ozark IC開發案的第一階段,將證實能將先前開發的350℃製程設計套件(由英國業者Raytheon Systems所打造,該公司命名為HiT-SiC CMO)擴充到500℃;此外NASA要求該套件能耐受行星實驗的紫外線成像儀。

開發案的第二階段是為Venus Landsailing Rover打造具備即時編程功能的微控制器;來自阿肯色大學(University of Arkansas)電子工程系的教授Alan Mantooth,他同時也是Ozark IC共同創辦人與董事會成員,將率領一群博士候選人一起參與。

Ozark IC打造可耐受350℃~500℃的碳化矽(SiC)晶片
Ozark IC打造可耐受350℃~500℃的碳化矽(SiC)晶片

如果成功,NASA將選擇一位晶片供應商,利用Ozark IC的製程開發套件,生產混合訊號感測器、致動器、微控制器等晶片,應用於Venus Landsailing Rover上;不同於Venus Landsailing Rover的主處理器是被放置在調整為正常室溫的「冷卻盒」中,那些晶片將是暴露在外運作。

NASA所開發的Venus Landsailing Rover金星探測器,能以風力發動,並能在遭遇障礙物時利用一個氣球來飛越
NASA所開發的Venus Landsailing Rover金星探測器,能以風力發動,並能在遭遇障礙物時利用一個氣球來飛越

Ozark IC讓晶片能耐受500℃的秘訣之一,是採用碳化矽材料,以標準化矽製程在晶圓片上製作電晶體與其他主動元件;不過採用鋁做為導線卻非常不穩定,因為該種材料在632℃就會熔化。甚至銅也不太適合金星的大氣壓力──地球的大氣壓力為101千帕(thousand Pascals),金星的大氣壓力則是900萬帕。

為此Ozark IC表示該公司有一種專為金星打造的金屬層解決方案,但該公司以商業機密為由對細節保密;Holmes指出,關鍵成分有許多種,包括一種製程,將基礎半導體加上氧化物與金屬化技術,可耐受極端溫度。該公司正在設計內含特製氧化物與金屬的碳化矽製程,接下來將搭配溫度補償設計方法製作優良元件。

Ozark IC擁有80項可耐受超低溫與超高溫的晶片技術專利,該公司正與阿肯色大學Mantooth的團隊合作,進行將應用於Venus Landsailing Rover冷卻盒之外的晶片概念驗證;NASA雖然希望能將冷卻盒的尺寸最大化,但為了節省使其「冷卻」的能源,該冷卻盒的尺寸還是必須小型化。

Mantooth表示,Venus Landsailing Rover會應用到的晶片可能包括高溫資料轉換器、記憶體、邏輯元件,以及感測器訊號處理晶片,因此包括類比與數位電路;一旦他的團隊能完成那些晶片的概念驗證,以及預估打造那些晶片的成本,NASA將決定由哪一家晶片供應商來實際製作Venus Landsailing Rover的晶片。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: NASA Preps Venus ICs,by R. Colin Johnson)





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