Leí una pregunta sobre el enfriamiento de un módulo de aterrizaje de Venus y pensé que el problema estaba en construir una sonda que no tuviera problemas con las temperaturas y presiones similares a las de la Tierra, y luego tratar de aislarla para que pudiera durar lo suficiente como para enviar información útil antes. muriendo de calor.
Entonces, ¿por qué no construir sondas que no se vean afectadas por las condiciones predominantes? Recientemente leí este artículo sobre microelectrónica usando tecnología de tubo de vacío.
Hay otros usos potenciales para las sondas que operan a altas temperaturas y presiones: buceadores solares y sondas en los gigantes gaseosos.
@DavidVomLehn tiene razón . Acabo de leer noticias hoy sobre un artículo reciente Operación prolongada del circuito integrado de carburo de silicio en las condiciones atmosféricas de la superficie de Venus . Ver también Ars Technica's Finalmente tenemos una computadora que puede sobrevivir a la superficie de Venus . Se fabricaron pequeños circuitos en obleas semiconductoras hechas de carburo de silicio en lugar de silicio, y se probaron durante largos períodos de tiempo mientras estaban sujetos a una temperatura similar a la de Venus de 460 °C y una presión similar a la de Venus de 9,4 Mbar (alrededor de 94 atmósferas estándar) .
Los circuitos eran osciladores en anillo , una estructura de prueba estándar utilizada en las pruebas de circuitos integrados. Los JFET de SiC se utilizaron para construir anillos de puertas NOT (inversores) que contenían un número impar de puertas; lea más aquí . Esta configuración no tiene un estado naturalmente estable, por lo que oscila naturalmente. Los cambios en la forma, amplitud y frecuencia de la forma de onda del oscilador brindan información sobre los cambios en el circuito, causados por varios efectos diferentes que involucran tanto al propio cristal de carburo de silicio como a los dopantes, metalizaciones y aislantes implantados/difundidos.
SiC puede cristalizar en varias estructuras diferentes, y probablemente se eligió 4H-SiC por su banda prohibida muy alta. A modo de comparación, el silicio tiene solo 1,1 eV. Cuando decimos que "la temperatura ambiente es 1/40 de un eV (o 0,025 eV), ese es el producto de la constante de Boltzmann (alrededor de 8.62E-05 eV/K) y la temperatura (20C o 293K). Si bien la temperatura y la presión altas y la química traviesa presentan varios insultos mecánicos y químicos en el chip, la temperatura tiene un efecto profundo en las propiedades electrónicas del semiconductor.
Si bien las matemáticas para los dispositivos semiconductores dopados son más complejas, el simple término exponencial de la concentración de portadores de un semiconductor intrínseco es suficiente para mostrar la importancia de una banda prohibida alta;
Para el silicio con una banda prohibida de aproximadamente 1,1 eV, ese valor comienza en aproximadamente a 293K pero sube al orden de a 733K! Estaría tan altamente ionizado (muchos de los átomos de silicio habrían producido electrones portadores) que sería demasiado conductor para funcionar como semiconductor o casi aislante cuando fuera necesario.
Por otro lado, en el caso del 4H-SiC con una banda prohibida de 3,2 eV, esos números van desde un nivel sorprendentemente bajo a 293K (lo consideraría un aislante cerámico o cristalino, no un semiconductor) y se eleva solo al orden de a 733K! SiC a las temperaturas de Venus sería un material semiconductor de partida adecuado de la misma manera que el silicio lo sería a temperatura ambiente. Por supuesto, la concentración de portadores de SiC intrínseco podría aumentar mediante el dopaje, pero no hay forma de recuperarse de un valor demasiado alto de silicio en Venus.
arriba: Figura 1 del artículo . Antes y después de ser probado bajo los parámetros de la atmósfera de Venus.
arriba: Figura 2 del artículo . La caída en la frecuencia del oscilador en anillo muestra que los JFET cambian más rápido a temperatura elevada, que es un efecto que se puede tolerar con un diseño de circuito adecuado. Se descubrió que la pérdida de señal del oscilador de 11 etapas era un problema de conexión: el dispositivo continuó funcionando una vez que se pudieron hacer mejores conexiones después de la conclusión de la prueba.
arriba: energía de banda prohibida de varias formas cristalinas de carburo de silicio, frente a la temperatura. Desde aquí _
Además de la tecnología de tubos de vacío, la NASA está investigando semiconductores de alta temperatura para usar con las sondas Venus .
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