I transistor al silicio e germanio esploreranno Europa. L’esplorazione della luna di Giove sarà possibile con la tecnologia dei transistor. La luna di Giove, Europa, è uno dei corpi più promettenti del sistema solare per quanto riguarda la ricerca di vita extraterrestre.
Sulla luna, al di sotto di 10 chilometri di ghiaccio, è presente un oceano di acqua liquida che potrebbe sostenere la vita. Purtroppo, con le sue temperature superficiali di -180 gradi Celsius e livelli estremi di radiazioni, Europa è anche uno dei luoghi più inospitali del sistema solare. L’esplorazione di Europa, nonostante le sue condizioni, è prevista nei prossimi anni, questo grazie alle nuova tecnologia dei transistor silicio-germanio creata presso la Georgia Tech.
La nuova tecnologia
Il professor John D. Cressler di Regents presso la School of Electrical and Computer Engineering (ECE) insieme ai suoi studenti hanno creato i transistor bipolari a eterogiunzione silicio-germanio (SiGe HBT), uno studio effettuato per molti decenni, riscontrando così che hanno dei vantaggi unici nel loro genere in un ambiente estremo come lo è Europa.
John D. Cressler, investitore del progetto ha spiegato che: “Questi dispositivi, grazie al modo in cui sono realizzati, sono in grado di sopravvivere a condizioni estreme senza che vengano apportate modifiche alla tecnologia sottostante. Il transistor lo si può utilizzare per quello che vuoi sia sulla Terra che nello spazio”.
I ricercatori sono al primo anno di una sovvenzione di durata triennale che rientra nel programma NASA Concepts for Ocean Worlds Life Detection Technology (COLDTech), ideato per progettare l’infrastruttura elettronica che verrà utilizzata nelle prossime missioni sulla superficie di Europa.
La NASA ha programmato di lanciare l’Europa Clipper nel 2024. Si tratta di una sonda spaziale orbitante che avrà come scopo quello di mappare gli oceani di Europa, per poi inviare successivamente un velivolo programmato per atterrare sulla luna, l’Europa Lander. Questo strumento avrà come scopo quello di perforare il ghiaccio ed esplorare il suo oceano.
Le missioni avranno inizio grazie ad un’elettronica che potrà funzionare nell’ambiente estremo presente su Europa. John D. Cressler, insieme ai suoi studenti e i ricercatori del Jet Propulsion Lab (JPL) della NASA e dell’Università del Tennessee (UT), hanno dimostrato le capacità degli HBT SiGe, degli strumenti adatti per questo ambiente ostile. La ricerca è stata pubblicata in un documento presentato alla IEEE Nuclear and Space Radiation Effects Conference lo scorso luglio.
Europa e il suo pianeta
Giove, esattamente come la Terra, possiede un nucleo di metallo liquido che genera un campo magnetico, che produce delle cinture di radiazioni di protoni ed elettroni ad alta energia. Europa si trova esattamente in quelle cinture di radiazioni. Qualunque tecnologia, in effetti, dev’essere progettata per la superficie di Europa per essere in grado di sopravvivere alle basse temperature, ma soprattutto alle peggiori radiazioni del sistema solare.
Gli HBT SiGe sono gli strumenti ideali per questo tipo di ambiente così ostile. Questi strumenti sono formati da una lega Si-Ge su nanoscala presente all’interno di un tipico transistor bipolare per nano-ingegnerizzare le sue proprietà. Queste sue caratteristiche producono un transistor molto più veloce pur mantenendo l’economia di scala e il basso costo dei tradizionali transistor al silicio.
Gli HBT SiGe hanno la capacità unica di riuscire a mantenere le prestazioni in condizioni di esposizione a radiazioni estreme e le loro proprietà migliorano, in maniera del tutto naturale, a temperature più fredde. Queste caratteristiche così uniche li rende dei candidati ideali per l’esplorazione di Europa.
John D. Cressler, ha affermato che: “Non si tratta solo di fare la scienza di base e di dimostrare che SiGe funziona. In realtà si sta sviluppando un’elettronica che la NASA potrà utilizzare su Europa e sappiamo che SiGe può sopravvivere sia ad alti livelli di radiazioni che a basse temperature. Quello che non sapevamo è se potesse fare entrambe le cose contemporaneamente, cosa necessaria per le missioni di superficie di Europa”.
Testare i transistor
I ricercatori, per poter rispondere a questa domanda, hanno utilizzato Dynamitron di JPL, una macchina che produce elettroni ad alto flusso a temperature molto basse, un modo efficace per testare SiGe in ambienti inospitali, come lo è Europa. Il test ha esposto gli HBT SiGe ad un milione di Volt di elettroni a una dose di radiazione di cinque milioni di rad di radiazione (200-400 rad sono letali per l’uomo), a 300, 200 e 115 Kelvin (-160 Celsius).
John D. Cressler, ha spiegato che: “Quello che non era mai stato fatto è stato usare la nostra elettronica come abbiamo fatto in questo esperimento. Quindi, abbiamo lavorato letteralmente per il primo anno per ottenere i risultati che sono stati pubblicati nel documento, che è in sostanza la prova definitiva che ciò che abbiamo affermato è, in effetti, vero, ossia che SiGe è in grado di sopravvivere alle condizioni della superficie di Europa”.
Conclusioni
Per i prossimi due anni, i ricercatori GT e UT svilupperanno veri e propri circuiti da SiGe, strumenti che potranno essere utilizzati su Europa, come i radio e i microcontrollori. Questi dispositivi potrebbero quindi essere utilizzati senza problemi in quasi tutti gli ambienti spaziali, tra cui anche la Luna e Marte.
John D. Cressler, conclude affermando che: “Se Europa è l’ambiente peggiore nel sistema solare e puoi costruirli per funzionarvi sopra, allora potranno essere utilizzati ovunque. Questa ricerca collega quelle passate che abbiamo svolto nel mio team qui alla Georgia Tech per molto tempo, e mostra applicazioni davvero molto interessanti e nuove tecnologie. Siamo orgogliosi di utilizzare la nostra ricerca per aprire nuovi orizzonti innovativi e quindi consentire nuove applicazioni”.
