自有生民之初，人類(lèi)對(duì)于太空便深為著迷。在任何時(shí)代，星光點(diǎn)點(diǎn)的天空總是令人引發(fā)無(wú)限的想像力。科學(xué)小說(shuō)在文學(xué)作品與娛樂(lè)媒體中相當(dāng)流行。太空旅行和探險(xiǎn)一直是所有時(shí)代熱門(mén)的話題，并且是國(guó)際紛爭(zhēng)、主權(quán)彰顯、國(guó)力與國(guó)防安全的課題。美國(guó)將太空人送上月球距今已有40年的時(shí)間。如此驚人的壯舉在人類(lèi)歷史上具有無(wú)與倫比的意義。

　　其他國(guó)家也積極計(jì)劃登陸月球，準(zhǔn)備迎頭趕上美國(guó)，其中以中國(guó)與印度最為積極，不過(guò)，登陸月球需要相當(dāng)大的投資，是相當(dāng)艱鉅的壯舉。NASA計(jì)劃明年將太空梭除役，而戰(zhàn)神一號(hào)運(yùn)載火箭至少必須等到2014年才能建造完成。這使得冷戰(zhàn)時(shí)期美俄太空競(jìng)賽中，積極發(fā)展的美國(guó)無(wú)法再將太空人送上太空，而必須借用俄羅斯蘇式火箭（Russian Soyuz rocket）。

　　大多數(shù)人都曾經(jīng)聽(tīng)過(guò)星艦迷航記（Star Trek）的寇克艦長(zhǎng)的名言：「太空是等待我們開(kāi)拓的終極邊疆！」太空旅行是科幻小說(shuō)愛(ài)好者的夢(mèng)想，不過(guò)，對(duì)于在太空產(chǎn)業(yè)工作的人而言，太空也是人類(lèi)與電子產(chǎn)品難以挑戰(zhàn)的極限。沒(méi)有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期大量的投入，沒(méi)有人或裝置能夠長(zhǎng)久待在太空中。

　　大家可能會(huì)很訝異，太陽(yáng)是一個(gè)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自我維持的核反應(yīng)星體，向地球排放的大量能源與致命的輻射，所幸，地球的磁場(chǎng)能夠保護(hù)我們，阻絕其中大部份的輻射，使外來(lái)的輻射就像是河流之中流經(jīng)石頭的水一般。只要觀看北極光，就能夠約略瞭解如此的輻射是什么景況，由于地球兩極的磁場(chǎng)較弱，因此外來(lái)的輻射使大氣層離子化。請(qǐng)見(jiàn)圖1。

　　地球的大氣層能夠阻絶外來(lái)的輻射，所造成的影響有好有壞，好的影響是外來(lái)的輻射不斷重建地球的臭氧層，保護(hù)人類(lèi)不接觸太陽(yáng)的紫外線（UV）輻射，不過(guò)，外來(lái)的輻射也會(huì)產(chǎn)生具破壞力的地面中子，在人體衰老的過(guò)程中，這些地面中子會(huì)造成細(xì)胞隨著時(shí)間的推移而損傷。

　　在地面或海面上，暴露于地面中子的比例約為每平方公司10個(gè)中子，這些中子會(huì)造成電子產(chǎn)品的電路或邏輯不穩(wěn)定。中子進(jìn)入半導(dǎo)體晶片時(shí)，與其他塬子碰撞后會(huì)釋放少量的能量，導(dǎo)致塬子大小的核分裂，產(chǎn)生足以干擾積體電路的能量。記憶體系統(tǒng)或高復(fù)雜度IC的使用者相當(dāng)關(guān)注這方面的干擾。例如，許多電腦當(dāng)機(jī)的真正元兇并不一定是Microsoft，而可能是其中一個(gè)積體電路中重要的電路節(jié)點(diǎn)發(fā)生中子撞擊所造成的反應(yīng)所致。圖2所示即為這方面的說(shuō)明。

　　在40，000英呎飛行的商用客機(jī)所接觸的地面中子輻射量，是地面的300倍，因此，飛機(jī)的航空電子系統(tǒng)必須能夠承受如此高的輻射量。對(duì)于一般人經(jīng)常搭乘飛機(jī)能夠承受多少輻射量，現(xiàn)在仍是爭(zhēng)議不斷。隨著半導(dǎo)體的尺寸縮小，使電路不受這些影響所干擾的任務(wù)顯得更加艱鉅。現(xiàn)今復(fù)雜的數(shù)位系統(tǒng)較易受到中子撞擊所影響，因此一般都會(huì)採(cǎi)取錯(cuò)誤修正或備援等緩解措施。

　　不同于人類(lèi)生存的環(huán)境，太空是相當(dāng)危險(xiǎn)的。太陽(yáng)風(fēng)暴會(huì)釋放大量致命的質(zhì)子和電子，傷害人體的速度或快或慢，完全取決于太陽(yáng)風(fēng)暴的強(qiáng)度而定。在阿波羅號(hào)太空人的12天任務(wù)中，很幸運(yùn)并未遭遇太陽(yáng)風(fēng)暴。這些來(lái)自太空輻射環(huán)境的質(zhì)子和重離子，也會(huì)接觸低空地球軌道（low earth orbiting; LEO）太空船及衛(wèi)星。電子、質(zhì)子與重離子對(duì)于對(duì)地靜止軌道（geostationary orbiting， GEO）衛(wèi)星有相當(dāng)大的影響。在為期10至15年的任務(wù)過(guò)程中，衛(wèi)星會(huì)接觸大量輻射。即使加強(qiáng)防護(hù)措施，衛(wèi)星仍會(huì)接觸足以在幾個(gè)月內(nèi)使人致死的輻射量。

　　人體能夠承受的輻射量約為450rad以下。rad是一種計(jì)量單位，用于計(jì)算材料吸收的輻射量，以每公克材料100ergs（g•cm²/s²）為基準(zhǔn)。一般而言，太空應(yīng)用的積體電路可以在任務(wù)過(guò)程中承受10，000至100，000rad以上。防護(hù)只能達(dá)到有限程度的效果，防護(hù)達(dá)到某個(gè)程度之后，便不再有效。

　　由于二次反應(yīng)，鋁材質(zhì)厚度達(dá)到300mil之后，增加的額外防護(hù)材料便無(wú)甚作用。牛頓的撞擊球所呈現(xiàn)的正是如此的現(xiàn)象，一顆球撞擊一排球之后，撞擊力會(huì)使得這一排球的最后一顆球彈起。請(qǐng)見(jiàn)圖3。

　　外來(lái)的輻射也會(huì)造成類(lèi)似的反應(yīng)。宇宙射線中高能量的電子撞擊防護(hù)材料后，會(huì)造成二次輻射效應(yīng)，能量從防護(hù)材料的另一面釋出時(shí)，便會(huì)造成損害。電子產(chǎn)品製造商必須設(shè)計(jì)能夠在如此受干擾的嚴(yán)苛環(huán)境中運(yùn)作的系統(tǒng)。許多設(shè)計(jì)技術(shù)及特殊半導(dǎo)體製程，可用于確保電路在太空中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)作。

　　日常生活中，不論是國(guó)際通訊、音樂(lè)、DTV、GPS、氣象資料蒐集、保全或國(guó)防安全，現(xiàn)在比起以往更加仰賴(lài)衛(wèi)星系統(tǒng)。

　　太空方面的電子內(nèi)容日益增多，現(xiàn)在有數(shù)千顆衛(wèi)星在天空，其中大多數(shù)都已經(jīng)變成太空垃圾。衛(wèi)星系統(tǒng)變得愈來(lái)愈精密，與過(guò)去結(jié)構(gòu)單純的系統(tǒng)完全不可同日而語(yǔ)。大多數(shù)人不清楚太空中有多少顆衛(wèi)星，不過(guò)，只要透過(guò)網(wǎng)際網(wǎng)路連上Google地球。

　　設(shè)計(jì)能夠承受許多輻射效應(yīng)的電路極其必要，對(duì)于太空航空應(yīng)用，以及現(xiàn)今的醫(yī)療應(yīng)用更是如此。診斷及安全設(shè)備愈來(lái)愈仰賴(lài)耐輻射的晶片。現(xiàn)今的牙科醫(yī)療X光及CT掃描儀診斷設(shè)備，一般均使用電子成像與資料轉(zhuǎn)換晶片，而非使用晶片進(jìn)行攝影。這些設(shè)備能夠以近乎即時(shí)的速度產(chǎn)生影像，完全不需要等候技術(shù)人員沖洗膠片，才能決定拍攝的影像是否正確。隨著時(shí)間累積的輻射效應(yīng)會(huì)對(duì)設(shè)備造成影響，例如機(jī)場(chǎng)中持續(xù)使用的 X 光檢查設(shè)備即是如此。

　　太空應(yīng)用中的電力電子產(chǎn)品對(duì)于很容易受重離子所影響，尤其是高電壓電子產(chǎn)品。重離子穿透半導(dǎo)體材質(zhì)時(shí)，會(huì)使電荷累積，而形成小型暫時(shí)傳導(dǎo)路徑，這就如同一個(gè)小閃電一般，一旦小型暫時(shí)傳導(dǎo)路徑形成，就會(huì)從正極高電壓電源接地釋放高電流。在許多情況下，這會(huì)穿透介電，而使得許多電源半導(dǎo)體裝置，發(fā)生閘極穿通效應(yīng)及開(kāi)路。電源元件製造商一般會(huì)將裝置的一般安全運(yùn)作供電電壓降低 20% 至 50%，以避免如此的問(wèn)題發(fā)生。

　　TI的高可靠性（HiRel）產(chǎn)品部門(mén)是耐輻射半導(dǎo)體的主要供應(yīng)單位。開(kāi)發(fā)與測(cè)試電路時(shí)，均對(duì)于醫(yī)療、航空及太空應(yīng)用的電子系統(tǒng)有害的各種輻射效應(yīng)加以防範(fàn)。衛(wèi)星發(fā)射升空完成部署后，如果發(fā)生問(wèn)題，無(wú)法對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行維修。即使衛(wèi)星有備援系統(tǒng)，效果也相當(dāng)有限。

　　測(cè)試太空應(yīng)用的元件相當(dāng)不容易。首先，地面的測(cè)試機(jī)組由于本身的機(jī)械能源限制，無(wú)法重現(xiàn)太空中所遭受的確切效應(yīng)。另外，無(wú)法長(zhǎng)年測(cè)試元件是否適合太空中使用。因此，通常使用加速測(cè)試技術(shù)。

　　加速測(cè)試技術(shù)嘗試重現(xiàn)元件在10至15年太空任務(wù)中，可能承受的低劑量輻射所造成的效應(yīng)。太空應(yīng)用的這些技術(shù)有時(shí)令人毫無(wú)頭緒。在某些情況下，同一個(gè)元件在低劑量率下會(huì)產(chǎn)生非預(yù)期的結(jié)果，而在高劑量率下卻一切正常，這就是所謂的增強(qiáng)低劑量率靈敏度（enhanced low-dose rate sensitivity; ELDRS）問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題一直是現(xiàn)今許多輻射會(huì)議與標(biāo)準(zhǔn)會(huì)商的討論主題。

　　在高輻射環(huán)境中電路效率的影響方面，電路技術(shù)也相當(dāng)重要。CMOS、雙極、GaAs、SiGe 及其他製程技術(shù)在不同的輻射效應(yīng)下的運(yùn)作互有優(yōu)劣。對(duì)于各種效應(yīng)可達(dá)到高耐受度的高可靠性產(chǎn)品而言，瞭解這些技術(shù)的運(yùn)作至關(guān)重要。如果無(wú)法實(shí)際測(cè)量某些條件，僅能透過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及有限的資料進(jìn)行預(yù)測(cè)。

　　由于測(cè)試機(jī)組能夠產(chǎn)生的粒子能量類(lèi)型相當(dāng)有限，因此必須瞭解產(chǎn)品運(yùn)作的環(huán)境，并且必須確保電路穩(wěn)定，并且能夠承受具體的特定效應(yīng)。在必須穩(wěn)定的系統(tǒng)中使用 HiRel產(chǎn)品有助于降低系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)。為了降低成本而製作不確實(shí)，會(huì)危及數(shù)百萬(wàn)美元的太空或航空硬體。總歸一句話，這確實(shí)超越太空科學(xué)的範(fàn)疇。