自有生民之初，人類對于太空便深為著迷。在任何時代，星光點點的天空總是令人引發(fā)無限的想像力。科學小說在文學作品與娛樂媒體中相當流行。太空旅行和探險一直是所有時代熱門的話題，并且是國際紛爭、主權彰顯、國力與國防安全的課題。美國將太空人送上月球距今已有40年的時間。如此驚人的壯舉在人類歷史上具有無與倫比的意義。

　　其他國家也積極計劃登陸月球，準備迎頭趕上美國，其中以中國與印度最為積極，不過，登陸月球需要相當大的投資，是相當艱鉅的壯舉。NASA計劃明年將太空梭除役，而戰(zhàn)神一號運載火箭至少必須等到2014年才能建造完成。這使得冷戰(zhàn)時期美俄太空競賽中，積極發(fā)展的美國無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)聽過星艦迷航記（Star Trek）的寇克艦長的名言：「太空是等待我們開拓的終極邊疆！」太空旅行是科幻小說愛好者的夢想，不過，對于在太空產(chǎn)業(yè)工作的人而言，太空也是人類與電子產(chǎn)品難以挑戰(zhàn)的極限。沒有經(jīng)過長期大量的投入，沒有人或裝置能夠長久待在太空中。

　　大家可能會很訝異，太陽是一個持續(xù)運轉、自我維持的核反應星體，向地球排放的大量能源與致命的輻射，所幸，地球的磁場能夠保護我們，阻絕其中大部份的輻射，使外來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較弱，因此外來的輻射使大氣層離子化。請見圖1。

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

　　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個中子，這些中子會造成電子產(chǎn)品的電路或邏輯不穩(wěn)定。中子進入半導體晶片時，與其他塬子碰撞后會釋放少量的能量，導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)或高復雜度IC的使用者相當關注這方面的干擾。例如，許多電腦當機的真正元兇并不一定是Microsoft，而可能是其中一個積體電路中重要的電路節(jié)點發(fā)生中子撞擊所造成的反應所致。圖2所示即為這方面的說明。

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

　　不同于人類生存的環(huán)境，太空是相當危險的。太陽風暴會釋放大量致命的質子和電子，傷害人體的速度或快或慢，完全取決于太陽風暴的強度而定。在阿波羅號太空人的12天任務中，很幸運并未遭遇太陽風暴。這些來自太空輻射環(huán)境的質子和重離子，也會接觸低空地球軌道（low earth orbiting; LEO）太空船及衛(wèi)星。電子、質子與重離子對于對地靜止軌道（geostationary orbiting， GEO）衛(wèi)星有相當大的影響。在為期10至15年的任務過程中，衛(wèi)星會接觸大量輻射。即使加強防護措施，衛(wèi)星仍會接觸足以在幾個月內使人致死的輻射量。

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

　　由于二次反應，鋁材質厚度達到300mil之后，增加的額外防護材料便無甚作用。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，撞擊力會使得這一排球的最后一顆球彈起。請見圖3。

　　外來的輻射也會造成類似的反應。宇宙射線中高能量的電子撞擊防護材料后，會造成二次輻射效應，能量從防護材料的另一面釋出時，便會造成損害。電子產(chǎn)品製造商必須設計能夠在如此受干擾的嚴苛環(huán)境中運作的系統(tǒng)。許多設計技術及特殊半導體製程，可用于確保電路在太空中長時間穩(wěn)定運作。

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

　　太空方面的電子內容日益增多，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)變得愈來愈精密，與過去結構單純的系統(tǒng)完全不可同日而語。大多數(shù)人不清楚太空中有多少顆衛(wèi)星，不過，只要透過網(wǎng)際網(wǎng)路連上Google地球。

　　設計能夠承受許多輻射效應的電路極其必要，對于太空航空應用，以及現(xiàn)今的醫(yī)療應用更是如此。診斷及安全設備愈來愈仰賴耐輻射的晶片。現(xiàn)今的牙科醫(yī)療X光及CT掃描儀診斷設備，一般均使用電子成像與資料轉換晶片，而非使用晶片進行攝影。這些設備能夠以近乎即時的速度產(chǎn)生影像，完全不需要等候技術人員沖洗膠片，才能決定拍攝的影像是否正確。隨著時間累積的輻射效應會對設備造成影響，例如機場中持續(xù)使用的 X 光檢查設備即是如此。

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

　　TI的高可靠性（HiRel）產(chǎn)品部門是耐輻射半導體的主要供應單位。開發(fā)與測試電路時，均對于醫(yī)療、航空及太空應用的電子系統(tǒng)有害的各種輻射效應加以防範。衛(wèi)星發(fā)射升空完成部署后，如果發(fā)生問題，無法對衛(wèi)星進行維修。即使衛(wèi)星有備援系統(tǒng)，效果也相當有限。

　　測試太空應用的元件相當不容易。首先，地面的測試機組由于本身的機械能源限制，無法重現(xiàn)太空中所遭受的確切效應。另外，無法長年測試元件是否適合太空中使用。因此，通常使用加速測試技術。

　　加速測試技術嘗試重現(xiàn)元件在10至15年太空任務中，可能承受的低劑量輻射所造成的效應。太空應用的這些技術有時令人毫無頭緒。在某些情況下，同一個元件在低劑量率下會產(chǎn)生非預期的結果，而在高劑量率下卻一切正常，這就是所謂的增強低劑量率靈敏度（enhanced low-dose rate sensitivity; ELDRS）問題，這個問題一直是現(xiàn)今許多輻射會議與標準會商的討論主題。

　　在高輻射環(huán)境中電路效率的影響方面，電路技術也相當重要。CMOS、雙極、GaAs、SiGe 及其他製程技術在不同的輻射效應下的運作互有優(yōu)劣。對于各種效應可達到高耐受度的高可靠性產(chǎn)品而言，瞭解這些技術的運作至關重要。如果無法實際測量某些條件，僅能透過統(tǒng)計數(shù)據(jù)及有限的資料進行預測。

　　由于測試機組能夠產(chǎn)生的粒子能量類型相當有限，因此必須瞭解產(chǎn)品運作的環(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。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)失效的風險。為了降低成本而製作不確實，會危及數(shù)百萬美元的太空或航空硬體。總歸一句話，這確實超越太空科學的範疇。