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美國NASA聘請無晶圓廠專家開發金星探測耐高溫芯片

2015-08-06

       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(SmallBusinessInnovationResearchProgram)”之下,提供24萬5,000美元資金,聘請來自美國無晶圓廠業者OzarkIC(由阿肯色州大學獨立)的專家,開發能耐受500℃高溫的制程設計套件(PDK)。

  曾任職于德州儀器(TI)的OzarkIC技術長JimHolmes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℃制程設計套件,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VenusLandSailingRover探測裝置(編按:一種外觀為三輪式地面帆船的太空探測器)上應用的芯片,打造500℃制程設計套件。

  由于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OzarkIC開發案的第一階段,將證實能將先前開發的350℃制程設計套件(由英國業者RaytheonSystems所打造,該公司命名為HiT-SiCCMO)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VenusLandsailingRover打造具備即時編程功能的微控制器;來自阿肯色大學(UniversityofArkansas)電子工程系的教授AlanMantooth,他同時也是OzarkIC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。

  OzarkIC打造可耐受350℃~500℃的碳化矽(SiC)芯片

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  如果成功,NASA將選擇一位芯片供應商,利用OzarkIC的制程開發套件,生產混合訊號感測器、致動器、微控制器等芯片,應用于VenusLandsailingRover上;不同于VenusLandsailingRover的主處理器是被放置在調整為正常室溫的“冷卻盒”中,那些芯片將是暴露在外運作。

  NASA所開發的VenusLandsailingRover金星探測器

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

  OzarkIC讓芯片能耐受500℃的秘訣之一,是采用碳化矽材料,以標準化矽制程在晶圓片上制作電晶體與其他主動元件;不過采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(thousandPascals),金星的大氣壓力則是900萬帕。

  為此OzarkIC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,包括一種制程,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制氧化物與金屬的碳化矽制程,接下來將搭配溫度補償設計方法制作優良元件。

  OzarkIC擁有80項可耐受超低溫與超高溫的芯片技術專利,該公司正與阿肯色大學Mantooth的團隊合作,進行將應用于VenusLandsailingRover冷卻盒之外的芯片概念驗證;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,VenusLandsailingRover會應用到的芯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芯片,因此包括類比與數位電路;一旦他的團隊能完成那些芯片的概念驗證,以及預估打造那些芯片的成本,NASA將決定由哪一家芯片供應商來實際制作VenusLandsailingRover的芯片


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