20 多年来，美国宇航局的朱诺号宇宙飞船最接近木星第二颗已知卫星“欧罗巴”。朱诺号在距离欧罗巴约 219 英里（352 公里）的范围内飞行，天文学家认为在木卫二厚厚的冰冻地壳下有海洋流动，这增加了水下生命的可能性。科学家们认为这次飞越是成功的。
木星卫星欧罗巴表面照片，来源：NASA
木卫二不仅仅是木星的众多卫星之一——它也是太阳系中寻找外星生命最有希望的地方之一。10公里以下的冰层是可以维持生命的液态水海洋。但由于地表温度为 -180 摄氏度，并且辐射水平极高，它也是太阳系中最荒凉的地方之一，这对探索木卫二的设备增加了技术难度。由乔治亚理工学院硅锗晶体管技术研究的新应用，让未来几年探索欧罗巴是可能的。
电气和计算机工程学院 (ECE) 的 Regents 教授 John D. Cressler 和他的学生几十年来一直在研究硅锗异质结双极晶体管 (SiGe HBT)，并发现它们在欧罗巴等极端环境中具有独特的优势.
“由于它们的制造方式，这些设备可以在那些极端条件下生存，而无需对底层技术本身进行任何更改，”项目调查员 Cressler 说。“你可以为它在地球上做的事情建造它，然后你可以在太空中使用它。”
研究人员是美国宇航局海洋世界生命探测技术概念（COLDTech）计划的三年拨款的第一年，该计划旨在为即将到来的欧罗巴表面任务设计电子基础设施。美国宇航局计划在 2024 年发射欧罗巴快船，这是一艘轨道航天器，将绘制欧罗巴海洋的地图，然后最终派出登陆器欧罗巴Lander 钻穿冰层并探索其海洋。但这一切都始于能够在欧罗巴极端环境中发挥作用的电子设备。
Cressler 和他的学生，以及来自 NASA 喷气推进实验室 (JPL) 和田纳西大学 (UT) 的研究人员，在 7 月份的IEEE 核与空间辐射效应会议上发表的一篇论文中展示了 SiGe HBT 对这种恶劣环境的能力。
像地球一样，木星也有一个液态金属核心，它产生磁场，从撞击的太阳风中产生高能质子和电子的辐射带。不幸的是，作为木星的卫星，欧罗巴正好位于那些辐射带中。实际上，为欧罗巴表面设计的任何技术不仅需要能够经受住寒冷的温度，而且还需要能够承受太阳系中遇到的最严重的辐射。
SiGe HBT 非常适合这种恶劣环境。SiGe HBT 在典型的双极晶体管中引入了纳米级 Si-Ge 合金，以对其特性进行纳米工程化，从而有效地生产出速度更快的晶体管，同时保持传统硅晶体管的规模经济和低成本。SiGe HBT 具有在极端辐射暴露下保持性能的独特能力，并且它们的性能在较冷的温度下自然会得到改善。这种独特的组合使它们成为欧罗巴探索的理想人选。
“这不仅仅是做基础科学并证明 SiGe 有效，”Cressler 说。“它实际上是在为 NASA 开发用于欧罗巴的电子设备。我们知道 SiGe 可以承受高水平的辐射。而且我们知道它在低温下仍然可以工作。我们不知道它是否可以同时做到欧罗巴表面任务所需的这两点。”
GT 研究人员使用了 JPL 的 Dynamitron，这是一种在极低温度下发射高通量电子的机器，用于在欧罗巴型环境中测试 SiGe。他们将 SiGe HBT 暴露在 300、200 和 115 开尔文（-160 摄氏度）的 500 万拉德辐射下（200-400 拉德对人类致命）的一百万伏电子。
Cressler说：“我们从未像在那个实验中那样使用电子设备。因此，我们在第一年就努力获得了那篇论文中的结果，这在本质上是确凿的证据，这从本质上证明了我们声称的事实是真实的——SiGe 确实能够在欧罗巴表面条件下工作。”
在接下来的两年中，GT 和 UT 的研究人员将从 SiGe 开发出可用于欧罗巴的实际电路，例如无线电和微控制器。更重要的是，这些设备可以在几乎任何太空环境中无缝使用，包括在月球和火星上。
“如果欧罗巴是太阳系中最糟糕的环境，设备既然能在欧罗巴上工作，那么它们将在任何地方工作，”Cressler说。“这项研究将我们在佐治亚理工学院的团队长期以来所做的研究联系在一起，并展示了这些技术非常有趣和新颖的应用。我们为利用我们的研究开辟新的创新领域并从而实现新颖的应用而感到自豪。”
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本文来源：半导体产业纵横