Caracterización de dispositivos para uso en entornos con radiación
La CNEA califica materiales y dispositivos -principalmente semiconductores- capaces de funcionar en ambientes hostiles debido, esencialmente, a la radiación.
En el espacio, los componentes electrónicos (incluidas las celdas solares) están sujetos a un entorno extremadamente hostil. Los factores físicos, como los golpes mecánicos y los cambios de presión durante las operaciones de lanzamiento, los ciclos de temperatura, el alto vacío y las tensiones electrostáticas, pueden afectar su rendimiento laboral. Además, la presencia de un fuerte campo de radiación debido a los rayos cósmicos y las partículas atrapadas por el campo magnético de la Tierra, tienen efectos significativos en los dispositivos electrónicos, reduciendo eventualmente su vida en órbita.
La principal consecuencia de la exposición al entorno espacial es la acumulación de daños en las redes cristalinas de semiconductores (producidos principalmente por protones y electrones). Este efecto puede ser explicado por la llamada Dosis Total Ionizante (TID, por su sigla en inglés) y la Dosis Total No Ionizante (TNID, por su sigla en inglés). Otro mecanismo que debe ser considerado es la ocurrencia de Fenómenos de Evento Único (SEP, por su sigla en inglés), producidos típicamente por partículas de alta energía que podrían depositar (directa o indirectamente) grandes cantidades de energía en los componentes electrónicos, especialmente en zonas sensibles cercanas de dispositivos semiconductores. Este proceso es típico, por ejemplo, de reacciones de espalación producidas por rayos cósmicos de alta energía.
Para estudiar estos fenómenos y sus efectos en los dispositivos electrónicos, es necesario simular el entorno espacial en un laboratorio. Esto se puede lograr produciendo alto vacío, controlando la temperatura e iluminación solar, y mediante dosis equivalentes de radiación producidas, por ejemplo, por un acelerador de partículas.
Para lograr esas condiciones, el Departamento Energía Solar desarrolló una instalación específica en el acelerador Tandar llamada “Línea EDRA” (Ensayos de Daño por Radiación y Ambiente), que permite irradiar muestras con iones pesados (desde hidrógeno hasta Uranio) a energías entre 8 y 300 MeV, dependiendo del ión. Allí es posible estudiar los diversos tipos de efectos de la radiación: TID, TNID y SEP, sobre dispositivos semiconductores.
Asimismo, para caracterizar el daño producido por la radiación y los defectos en la banda prohibida, la CNEA desarrolló la técnica denominada en inglés Deep Level Transient Spectroscopy, que permite conocer de manera detallada la energía y densidad de defectos.