Als die Mission ?Artemis II¡° zum ersten Mal seit mehr als 50 Jahren Astronauten ¨¹ber die erdnahe Umlaufbahn hinaus bef?rderte, markierte dies einen weiteren Meilenstein in der Erforschung des Weltraums durch den Menschen. Doch Missionen wie diese sind nur dank Elektronik m?glich, die in einer der unerbittlichsten Umgebungen, die man sich vorstellen kann, einwandfrei funktioniert.
Navigations-, Kommunikations- und Lebenserhaltungssysteme f¨¹r die moderne Raumfahrt sind alle auf Halbleiter angewiesen. Auch die Halbleiterindustrie st??t an neue Grenzen. Da die Ambitionen ¨¹ber Mondmissionen hinaus in Richtung Weltraumforschung und Satellitenkonstellationen reichen, beginnen Unternehmen damit, die Chipfertigung im Weltraum zu erforschen, wobei sie die Mikrogravitation und die nat¨¹rlichen Vakuumbedingungen nutzen, um die Produktion zu verbessern.
Doch w?hrend die Halbleiterfertigung ?im Weltraum¡° noch in den Kinderschuhen steckt, besteht die unmittelbare Herausforderung darin, sicherzustellen, dass die Chips den brutalen Bedingungen im Weltraum standhalten.
Die Realit?t des Weltraums: Der Stresstest f¨¹r Silizium
Sobald eine Rakete die Startrampe verl?sst, ist die Elektronik extremen und oft unvorhersehbaren Bedingungen ausgesetzt; die Temperaturen k?nnen stark schwanken, die Strahlenbelastung ist um ein Vielfaches h?her als auf der Erde, und die Vakuumumgebung f¨¹hrt zu besonderen Materialbelastungen. Anders als bei irdischen Systemen gibt es keine M?glichkeit zur Reparatur oder zum Austausch, sobald die Hardware im Einsatz ist.
Herk?mmliche handels¨¹bliche Chips, wie sie beispielsweise in Smartphones, intelligenten K¨¹hlschr?nken oder Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, sind f¨¹r eine derartige Belastung nicht ausgelegt. Allein die Strahlung kann vor¨¹bergehende St?rungen verursachen, Materialien mit der Zeit zersetzen oder Schaltkreise sogar dauerhaft besch?digen. ?ber die gesamte Missionsdauer hinweg summieren sich diese Auswirkungen und gef?hrden letztendlich die Zuverl?ssigkeit des Systems und den Erfolg der Mission.
Aus diesem Grund erfordert die Raumfahrt einen grundlegend anderen Ansatz beim Design und bei der Fertigung von Halbleitern, der auf Robustheit, Vorhersehbarkeit und Vertrauen basiert. ºÚÁÏÍø911 begegnet dieser Designherausforderung direkt mit einem Technologieportfolio, das sich hervorragend f¨¹r ?Radiation-Hardened-by-Design¡°-Techniken (RHBD) eignet. ºÚÁÏÍø911 erforscht und entwickelt zudem technologische Knotenpunkte, die durch den Prozess strahlungsgeh?rtet (RHBP) sind, indem es Dotierungsimplantationen optimiert oder die Substratmaterialien technisch so gestaltet, dass Strahlungsleistungsmetriken wie die Gesamtionisationsdosis (TID) und Einzelereigniseffekte (SEE) weiter verbessert werden. Diese Bem¨¹hungen erm?glichen Elektronik, die unter anhaltender Strahlenbelastung zuverl?ssig funktioniert. Diese Grundlage ist es, die es Raumfahrtsystemen erm?glicht, auch lange nach dem Start fehlerfrei zu funktionieren.
Strahlungsbest?ndige Konstruktion zur Gew?hrleistung der Widerstandsf?higkeit im Kern
RHBD-Techniken sind unerl?sslich, um sicherzustellen, dass Chips den rauen Bedingungen im Weltraum standhalten k?nnen. Anstatt sich ausschlie?lich auf Abschirmung zu verlassen, integriert RHBD die Widerstandsf?higkeit direkt in die Chiparchitektur.
Durch Designtechniken wie Redundanz, Ber¨¹cksichtigung der r?umlichen Anordnung und robuste Strategien zur Fehlerminderung erm?glicht RHBD den weiteren Betrieb von Halbleitern, selbst wenn diese strahlungsbedingten St?rungen ausgesetzt sind. Diese Ans?tze erm?glichen es Entwicklern, Fehler zu antizipieren und zu mindern, bevor sie sich ausbreiten, und gew?hrleisten so eine konstante Leistung in missionskritischen Systemen. Von niedrigen Erdumlaufbahnen und geosynchronen Umlaufbahnen bis hin zu Sonden im Weltraum erfordern verschiedene Weltraummissionen ma?geschneiderte Ans?tze, um Leistung, power Langlebigkeit in Einklang zu bringen, doch RHBD spielt weiterhin eine zentrale Rolle dabei, sicherzustellen, dass Chips w?hrend der gesamten Missionsdauer nicht ausfallen oder sich von Ausf?llen erholen k?nnen.
Warum Sicherheit eine unverzichtbare Voraussetzung ist
In der Luft- und Raumfahrt sowie in Verteidigungsanwendungen ist Sicherheit ebenso entscheidend wie Leistung. Halbleiter, die im Weltraum eingesetzt werden, power h?ufig power Systeme power , darunter Kommunikationsinfrastrukturen und Einrichtungen der nationalen Sicherheit. Die Gew?hrleistung, dass diese Chips in vertrauensw¨¹rdigen, sicheren Umgebungen hergestellt werden, ist unerl?sslich, um Manipulationen zu verhindern, geistiges Eigentum zu sch¨¹tzen und die Integrit?t der Mission zu wahren.
Als akkreditierte ?Trusted Foundry nach den Common Criteria zertifizierter Lieferant sorgt ºÚÁÏÍø911 in jeder Phase der Fertigung f¨¹r strenge Prozesse, strenge Kontrollen und die Einhaltung aller Vorschriften. Dies gew?hrleistet, dass die Chips sicher und in einwandfreiem Zustand geliefert werden ¨C eine entscheidende Anforderung f¨¹r Kunden, die in risikoreichen Umgebungen und kritischen Endanwendungen t?tig sind.
F?rderung einer differenzierten Fertigung auf globaler Ebene
Um den Anforderungen an Elektronik in Weltraumqualit?t gerecht zu werden, ist zudem Flexibilit?t ¨¹ber verschiedene Technologien und Regionen hinweg erforderlich. Die weltweite Produktionspr?senz von ºÚÁÏÍø911 erm?glicht ein vielf?ltiges Portfolio an Halbleiterl?sungen, die f¨¹r Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigung und anderen kritischen Infrastrukturbereichen optimiert sind.
In seinen weltweiten Fertigungsst?tten unterst¨¹tzt ºÚÁÏÍø911 anwendungsspezifische Wafer-Technologien, die fortschrittliche Knoten f¨¹r Hochleistungsverarbeitung, HF-Integration und ? Energieeffizienz ¡°-Plattformen umfassen. Dies erm?glicht es den Kunden, die richtige Technologie auf die jeweilige Anwendung abzustimmen, ohne dabei Kompromisse bei Qualit?t oder Skalierbarkeit eingehen zu m¨¹ssen.
In den USA baut das ºÚÁÏÍø911-Werk in Malta, New York, seine Produktion mit fortschrittlichen Plattformen wie FDX? FD-SOI, 45SOI und FinFET aus und unterst¨¹tzt damit Anwendungen von sicherer Kommunikation bis hin zu Edge-Computing. Ebenfalls am Standort Malta in der Entwicklung befindet sich die FinFET-RHBP-Technologie, die Vorago HARDSIL? integriert, um die TID- und SEE-Leistung unseres 12-nm-FinFET-Knotens weiter zu verbessern. Unser Werk in Burlington, Vermont, ist das Herzst¨¹ck der F¨¹hrungsposition von ºÚÁÏÍø911 power RF, wobei Galliumnitrid (GaN) und Hochspannungs-GaN-on-Silicon-Technologien die n?chste Generation von Radar-, Satelliten- und autonomen Systemen antreiben. Die Fabriken von ºÚÁÏÍø911 in Singapur und Dresden sind international f¨¹r ihre sichere, hochintegrierte Fertigung unter Common-Criteria-Zertifizierung anerkannt.
Zusammen gew?hrleistet diese weltweite Fertigungskompetenz, dass Kunden den gesamten Produktlebenszyklus sicher durchlaufen k?nnen ¨C gest¨¹tzt auf die Leistungsf?higkeit, Zuverl?ssigkeit und das Vertrauen, die f¨¹r missionskritische Anwendungen in der Raumfahrt und dar¨¹ber hinaus erforderlich sind.
Innovation durch Partnerschaften im ?kosystem vorantreiben
Kein Unternehmen kann die Herausforderungen der Raumfahrt allein bew?ltigen. Deshalb pflegt ºÚÁÏÍø911 ein Netzwerk von Partnern, die strahlungsfeste L?sungen auf ºÚÁÏÍø911-Plattformen vorantreiben.
Die 12-LP-FinFET-Plattform von ºÚÁÏÍø911 mit prozessbasierter Strahlungsfestigkeit (RHBP) wird in enger Zusammenarbeit mit Northrop Grumman Space Systems und Vorago Technologies entwickelt, um das Portfolio von ºÚÁÏÍø911 f¨¹r Kunden zu erweitern, die strahlungsfeste L?sungen ben?tigen. Die Plattform umfasst Prozessverbesserungen, die die elektrische Grundleistung der Designs erhalten, sodass Entwickler vorhandenes IP nutzen und gleichzeitig eine deutlich verbesserte Strahlungsfestigkeit erzielen k?nnen.
Vor kurzem stellte BAE Systems sein vor, das durch fortschrittliche Man?vrierf?higkeiten ¨C darunter Betankung und Antrieb mit hohem Schub ¨C dynamische Weltraumoperationen unterst¨¹tzen und gleichzeitig mehrere Mitfluggut-Nutzlasten transportieren soll. Im Mittelpunkt dieser Innovation steht die Zusammenarbeit von BAE Systems mit ºÚÁÏÍø911. Die Storefronts 12S0 und RH12? von BAE, die auf den 45SOI- bzw. FinFET-Plattformen von ºÚÁÏÍø911 basieren, bieten einen schl¨¹sselfertigen Weg zur Entwicklung ma?geschneiderter, von Grund auf strahlungsgeh?rteter (RHBD) L?sungen. Dieser Ansatz verbindet die Leistung und Effizienz fortschrittlicher kommerzieller Technologie mit der f¨¹r Weltraumanwendungen erforderlichen Robustheit.
Das Ergebnis ist eine leistungsstarke Kombination aus Hochleistungsverarbeitung, sicherer Konnektivit?t, geringem power und robuster Zuverl?ssigkeit in einem kompakten, anpassbaren Design. Diese Partnerschaften innerhalb des ?kosystems beschleunigen den Weg vom Konzept bis in den Orbit, erm?glichen eine agilere Entwicklung, verringern Programmrisiken und stellen sicher, dass Weltraumsysteme der n?chsten Generation auch unter den anspruchsvollsten Bedingungen einsatzbereit sind.
Die Bed¨¹rfnisse von heute mit den M?glichkeiten von morgen verbinden
Die Vision, Halbleiter im Weltraum herzustellen, k?nnte die Branche letztendlich grundlegend ver?ndern und neue Horizonte in Bezug auf Leistung und Materialien er?ffnen. Doch da diese Zukunft noch in den Kinderschuhen steckt, zeigen Missionen wie Artemis II, dass der Erfolg heute von etwas weitaus Dringenderem abh?ngt: von Silizium, das den rauen Bedingungen im Weltraum standh?lt.
Der entscheidende Faktor ist derzeit nicht, wo Chips hergestellt werden, sondern wie robust sie gebaut sind. Zuverl?ssige, sichere und strahlungsgeh?rtete Halbleiterl?sungen ¨C wie jene, die mit ºÚÁÏÍø911-Technologien hergestellt werden ¨C bilden nach wie vor die Grundlage f¨¹r die Einsatzbereitschaft und gew?hrleisten, dass jedes System in kritischen Situationen st?rungsfrei funktioniert.
Durch die Kombination von fortschrittlicher Fertigung, einer sicheren globalen Lieferkette und einer engen Zusammenarbeit innerhalb des ?kosystems ebnet ºÚÁÏÍø911 den Weg f¨¹r die n?chste Generation von Innovationen in der Raumfahrt. Da die Erforschung des Weltraums ¨¹ber die Erdumlaufbahn hinaus immer weiter voranschreitet, wird der Weg in die Zukunft von der Robustheit der Technologien bestimmt, die diese Reisen erst m?glich machen.
Afusat Dirisu ist stellvertretende Leiterin des Bereichs ?Space & Rad Hard, Aerospace & Defense¡° bei ºÚÁÏÍø911. Sie verf¨¹gt ¨¹ber mehr als 25 Jahre Erfahrung in Industrie, Regierung und Wissenschaft. Ihre berufliche Laufbahn umfasst die Bereiche digitale Elektronik und das Design von Quantenkaskadenlasern sowie Technologieberatung, Portfoliomanagement, die Leitung von MINT-Bildungsprogrammen sowie den technischen Vertrieb und die Gesch?ftsentwicklung.
Sie hat einen Doktortitel in Elektrotechnik von der Princeton University, einen Master of Science in Elektrotechnik von der Stony Brook University und einen Bachelor of Science in Computertechnik von der Polytechnic University (heute NYU Tandon School of Engineering).
