Explorer la lune de Jupiter, Europa, possible avec la technologie des transistors au silicium-germanium

Le professeur John D. Cressler de Regents à l’École de génie électrique et informatique (ECE) et ses étudiants travaillent avec des transistors bipolaires à hétérojonction silicium-germanium (SiGe HBT) depuis des décennies et ont découvert qu’ils présentaient des avantages uniques dans des environnements extrêmes comme Europa .

“En raison de la façon dont ils sont fabriqués, ces appareils survivent à ces conditions extrêmes sans aucune modification apportée à la technologie sous-jacente elle-même”, a déclaré Cressler, qui est l’investigateur du projet. “Vous pouvez le construire pour ce que vous voulez qu’il fasse sur Terre, et vous pouvez ensuite l’utiliser dans l’espace.”

Les chercheurs en sont à la première année d’une subvention de trois ans dans le cadre du programme NASA Concepts for Ocean Worlds Life Detection Technology (COLDTech) pour concevoir l’infrastructure électronique des prochaines missions de surface Europa. La NASA prévoit de lancer l’Europa Clipper en 2024, un vaisseau spatial en orbite qui cartographiera les océans d’Europe, puis d’envoyer éventuellement un véhicule d’atterrissage, Europa Lander, pour percer la glace et explorer son océan. Mais tout commence par une électronique capable de fonctionner dans l’environnement extrême d’Europe.

Cressler et ses étudiants, ainsi que des chercheurs du NASA Jet Propulsion Lab (JPL) et de l’Université du Tennessee (UT), ont démontré les capacités des HBT SiGe pour cet environnement hostile dans un article présenté au Conférence IEEE sur les effets des rayonnements nucléaires et spatiauxen juillet.

Le défi d’Europe

Comme la Terre, Jupiter possède également un noyau de métal liquide qui génère un champ magnétique, produisant des ceintures de rayonnement de protons et d’électrons à haute énergie à partir du vent solaire incident. Malheureusement, en tant que lune de Jupiter, Europe se trouve carrément dans ces ceintures de radiation. En effet, toute technologie conçue pour la surface d’Europe devrait non seulement être capable de survivre aux températures froides mais aussi aux pires radiations rencontrées dans le système solaire.

Heureusement, les HBT SiGe sont idéaux pour cet environnement hostile. Le SiGe HBT introduit un alliage Si-Ge à l’échelle nanométrique à l’intérieur d’un transistor bipolaire typique pour nano-concevoir ses propriétés, produisant efficacement un transistor beaucoup plus rapide tout en maintenant l’économie d’échelle et le faible coût des transistors en silicium traditionnels. Les HBT SiGe ont la capacité unique de maintenir leurs performances sous une exposition extrême aux radiations, et leurs propriétés s’améliorent naturellement à des températures plus froides. Une telle combinaison unique en fait des candidats idéaux pour l’exploration d’Europe.

“Il ne s’agit pas seulement de faire de la science fondamentale et de prouver que SiGe fonctionne”, a déclaré Cressler. “Il s’agit en fait de développer de l’électronique pour la NASA à utiliser sur Europa. Nous savons que SiGe peut survivre à des niveaux élevés de rayonnement. Et nous savons qu’il reste fonctionnel à des températures froides. Ce que nous ne savions pas, c’est s’il pouvait faire les deux en même temps, ce qui est nécessaire pour les missions de surface Europa.”

Tester les transistors

Pour répondre à cette question, les chercheurs du GT ont utilisé le Dynamitron du JPL, une machine qui tire des électrons à haut flux à très basse température pour tester le SiGe dans des environnements de type Europa. Ils ont exposé des HBT SiGe à un million d’électrons Volt à une dose de rayonnement de cinq millions de rads de rayonnement (200-400 rads sont mortels pour l’homme), à ​​300, 200 et 115 Kelvins (-160 Celsius).

“Ce qui n’avait jamais été fait, c’était d’utiliser l’électronique comme nous l’avons fait dans cette expérience”, a déclaré Cressler. “Nous avons donc travaillé littéralement pendant la première année pour obtenir les résultats contenus dans cet article, qui est essentiellement la preuve définitive que ce que nous affirmons est, en fait, vrai – que SiGe survit aux conditions de surface d’Europe.”

Au cours des deux prochaines années, les chercheurs du GT et de l’UT développeront de véritables circuits à partir de SiGe qui pourraient être utilisés sur Europa, tels que des radios et des microcontrôleurs. Plus important encore, ces appareils pourraient alors être utilisés de manière transparente dans presque tous les environnements spatiaux, y compris sur la Lune et sur Mars.

“Si Europe est le pire environnement du système solaire et que vous pouvez les construire pour qu’ils fonctionnent sur Europe, ils fonctionneront n’importe où”, a déclaré Cressler. “Cette recherche relie les recherches antérieures que nous avons menées dans mon équipe ici à Georgia Tech pendant longtemps et montre des applications vraiment intéressantes et nouvelles de ces technologies. Nous sommes fiers d’utiliser nos recherches pour innover et ainsi permettre de nouvelles applications. .”

Vidéo: https://youtu.be/hKr6uh4k-7g

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Institut de technologie de la Géorgie. Original écrit par Tess Malone. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.