Исследования планет с весьма неблагоприятными условиями окружающей среды, таких, как Венера, требуют наличия электроники, способной нормально и в течение длительного времени функционировать при температурах свыше 470 градусов по шкале Цельсия, при высоком давлении и в присутствии агрессивных химических соединений. Длительность работы оборудования во всех предыдущих миссиях по изучению Венеры, составляла максимум несколько часов, несмотря на все усилия по защите электронной начинки космических аппаратов от высокой температуры и давления.
Обычная электроника, используемая сейчас и в быту и в космической отрасли, основана на кремниевых полупроводниках, которые теряют работоспособность при высокой температуре. Для решения этой проблемы группа из Исследовательского центра НАСА имени Гленна (NASA Glenn Research Center) разработала высокотемпературную электронику на основе полупроводников из карбида кремния (silicon carbide, SiC). Более того, опытные образцы карбид-кремниевых микросхем, содержащие по нескольку десятков транзисторов, сумели проработать более 4 тысяч часов при температуре в 500 градусов Цельсия. Эти опытные микросхемы представляли собой базовые электронные схемы, такие, как цифровые логические элементы, аналоговые операционные усилители и т.п.
Испытания карбид-кремниевых микросхем проводились внутри установки Glenn Extreme Environments Rig (GEER), которая позволяет моделировать большинство условий на поверхности Венеры, температуру на уровне 460 градусов Цельсия, давление, в 98 раз превышающее земное нормальное давление, высокую концентрацию CO2 и других, еще более агрессивных химических соединений. В апреле прошлого года в этой же установке были проведены испытания первого опытного чипа карбид-кремниевого кольцевого резонатора с 24 транзисторами. Этот резонатор продемонстрировал высокую стабильность работы на протяжении 521 часа (21.7 суток) испытаний. А подобные резонаторы, изготовленные при помощи более современных технологий, способны уже выдерживать по нескольку тысяч часов непрерывной работы.
В настоящее время исследователи НАСА почти закончили изготовление подложек и некоторых образцов карбид-кремниевых микросхем следующего поколения, на кристаллах которых насчитываются уже сотни транзисторов. Естественно, что большее количество транзисторов подразумевает более широкую функциональность этих микросхем, которая уже начнет приближаться к необходимому для космоса минимуму.
Отметим, что данные работы проводятся в рамках проекта FY17 более обширной программы LLISSE (Long-Life In-situ Solar System Explorer). Конечной целью этой программы является создание недорогого универсального исследовательского аппарата, способного работать в течение нескольких месяцев в самых неблагоприятных условиях. И карбид-кремниевая электроника должна стать одной из составных частей этого аппарата. Аппарат, создаваемый в рамках программы LLISSE, может быть использован не только для исследований Венеры. Так же его можно будет использовать для исследований газовых гигантов нашей системы, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, и поверхности самой близкой к Солнцу планеты - Меркурия.
И в заключение следует заметить, что карбид-кремниевая электроника может оказаться полезной не только в космосе, Для нее найдется масса областей применения и на Земле, включая промышленность, медицину и научные исследования.
