Сәулеленуден қорғау: Электрондық құрылғыларды нығайту технологиялары

Радиацияға төзімді электрондық құрылғылар: ғарыш, ядролық реакторлар үшін радиациялық қаттыну технологиясы, сынақ түрлері мен қиындықтары.

13 мин оқу

100%

Дереккөз: Radiation hardening — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Иондаушы сәулеленуге электрондық құрылғыларды төзімді ету үшін қолданылатын процестер мен техникалар

Сәулеленудің әсерінен материалдардың қатаюы
Сәулеленуден қатайту – бұл электрондық компоненттер мен тізбектерді жоғары деңгейдегі иондаушы сәулеленудің (бөлшектік сәулелену және жоғары энергиялы электромагниттік сәулелену) салдарынан болатын зақымдану немесе бұзушылыққа төзімді ету процесі. Бұл әсіресе ғарыш кеңістігінде (Жер орбитасынан тыс жерлерде), ядролық реакторлар мен бөлшектер үдеткіштерінің маңында, сондай-ақ ядролық апаттар немесе ядролық соғыс кезінде маңызды. Көптеген жартылай өткізгіш электрондық компоненттер сәулеленуден зақымдалады, ал сәулеленуден қатайтылған (rad hard) компоненттер олардың қатайтылмаған эквиваленттеріне негізделеді, кейбір конструкциялық және өндірістік өзгерістер сәулеленуден зақымдануға бейімділікті азайтады. Микроэлектрондық микросхеманың сәулеленуге төзімді дизайнын жасау үшін қажетті ауқымды әзірлеу мен сынақтан өткізуге байланысты сәулеленуге төзімді микросхемалардың технологиясы соңғы жетістіктерден артта қалады. Сәулеленуден қатайтылған өнімдер әдетте бір немесе бірнеше нәтижелі әсерлер сынағынан өтеді, оның ішінде жалпы иондау дозасы (TID), төмен доза жылдамдығының әсері (ELDRS), нейтрон мен протонның ығысуынан зақымдануы және бір оқиға әсері (SEE).

Сәулеленудің салдарынан болатын проблемалар

Иондаушы сәулеленудің жоғары деңгейі бар орталар ерекше жобалау қиындықтарын тудырады. Бір зарядталған бөлшек мыңдаған электрондарды босатып, электрондық шу мен сигналдың өзгеруіне себеп болады. Цифрлық схемалар үшін бұл қате немесе түсініксіз нәтижелерге алып келуі мүмкін. Бұл мәселе спутниктерді, ғарыш кемелерін, болашақ кванттық компьютерлерді, әскери ұшақтарды, ядролық электр станцияларын және ядролық қаруды жобалауда ерекше маңызды. Мұндай жүйелердің қалыпты жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін әскери немесе ғарыш өнеркәсібіне арналған интегралдық схемаларды және сенсорларды өндірушілер сәулеленуға төзімді етудің әртүрлі әдістерін қолданады. Соның нәтижесінде алынған жүйелер сәулеленуге төзімді, сәулеленуден қорғалған немесе (контекстке қарай) қорғалған деп аталады.

Радиациялық зақымданудың негізгі көздері

Электрондық құрылғылардың иондаушы сәулеленуге ұшырауының типолық көздері – спутниктердің Ван Аллен сәулелену белдеулері, электр станцияларындағы сенсорлар мен басқару тізбектері үшін ядролық реакторлар, электрониканы басқаруға арналған бөлшектер үдеткіштері, әсіресе бөлшектерді анықтағыштары, чиптерді қаптау материалдарындағы изотоптардың қалдық сәулеленуі, ғарыш кемелері мен жоғары биіктіктегі ұшақтар үшін ғарыштық сәулелену және барлық әскери және азаматтық электроника үшін ядролық жарылыстар. Ғарыштық сәулелер барлық бағыттан келеді және шамамен 85% протон, 14% альфа бөлшектері және 1% ауыр иондардан тұрады, сондай-ақ рентген және гамма сәулеленуінен де құралады. Көптеген әсерлер 0,1 мен 20 ГэВ арасындағы энергиясы бар бөлшектерден туындайды. Атмосфера олардың көп бөлігін сүзіп тастайды, сондықтан олар негізінен ғарыш кемелері мен жоғары биіктіктегі ұшақтар үшін маңызды, бірақ жер бетіндегі қарапайым компьютерлерге де әсер етуі мүмкін. Күн бөлшектері оқиғалары Күн бағытынан келеді және бірнеше ГэВ энергиялы жоғары энергиялы протон мен ауыр иондардың үлкен ағынынан тұрады, сонымен қатар рентген сәулеленуімен бірге жүреді. Ван Аллен сәулелену белдеулерінде геомагниттік өрісте ұсталған электрондар (10 МэВ-қа дейін) және протондар (100 МэВ-қа дейін) бар. Жерден алыс аймақтардағы бөлшектердің ағыны Күннің және магнитосфераның нақты жағдайларына байланысты күрт өзгеруі мүмкін. Олардың орналасуы спутниктер үшін қауіп тудырады. Екіншілік бөлшектер электрондық құрылғылардың айналасындағы құрылымдармен басқа сәуле түрлерінің өзара әрекеттесуінен пайда болады. Ядролық реакторлар гамма сәулеленуі мен нейтрондық сәулелену шығарады, бұл ядролық электр станцияларындағы сенсорлар мен басқару тізбектеріне әсер етуі мүмкін. Бөлшектер үдеткіштері жоғары энергиялы протон мен электрондарды шығарады, ал олардың өзара әрекеттесуінен туындаған екіншілік бөлшектер сезімтал басқару және бөлшектерді анықтағыш компоненттеріне айтарлықтай сәулелену зақымын келтіреді, мысалы, Үлкен адрондық коллайдер сияқты жүйелер үшін шамамен 10 МРад[Si]/жыл. Ядролық жарылыстар электромагниттік импульс (ЭМП), нейтрондық сәулелену және біріншілік және екіншілік зарядталған бөлшектердің ағыны арқылы электромагниттік сәулеленудің кең спектрінде қысқа және өте қарқынды күйреуді тудырады. Ядролық соғыс жағдайында олар барлық азаматтық және әскери электроника үшін қауіп тудырады. Чиптерді қаптау материалдары 1970 жылдары жаңа DRAM чиптерінде жұмсақ қателерге себеп болатын радиацияның жасырын көзі болды. Чиптердің қаптамасындағы радиоактивті элементтердің іздері альфа бөлшектерін шығарып, кейде DRAM деректерін сақтау үшін қолданылатын конденсаторлардың бір бөлігін разрядтап отырды. Бұл әсерлер қазіргі кезде таза материалдарды пайдалану және DRAM қателерін анықтау және көбінесе түзету үшін қателерді түзету кодтарын қолдану арқылы азайтылды.

Typical sources of exposure of electronics to ionizing radiation are the Van Allen radiation belts for satellites, nuclear reactors in power plants for sensors and control circuits, particle accelerators for control electronics particularly particle detector devices, residual radiation from isotopes in chip packaging materials, cosmic radiation for spacecraft and high altitude aircraft, and nuclear explosions for potentially all military and civilian electronics. Cosmic rays come from all directions and consist of approximately 85% protons, 14% alpha particles, and 1% heavy ions, together with X ray and gamma ray radiation. Most effects are caused by particles with energies between 0.1 and 20 GeV. The atmosphere filters most of these, so they are primarily a concern for spacecraft and high altitude aircraft, but can also affect ordinary computers on the surface. Solar particle events come from the direction of the sun and consist of a large flux of high energy (several GeV) protons and heavy ions, again accompanied by X ray radiation. Van Allen radiation belts contain electrons (up to about 10 MeV) and protons (up to 100s MeV) trapped in the geomagnetic field. The particle flux in the regions farther from the Earth can vary wildly depending on the actual conditions of the Sun and the magnetosphere. Due to their position they pose a concern for satellites. Secondary particles result from interaction of other kinds of radiation with structures around the electronic devices. Nuclear reactors produce gamma radiation and neutron radiation which can affect sensor and control circuits in nuclear power plants. Particle accelerators produce high energy protons and electrons, and the secondary particles produced by their interactions produce significant radiation damage on sensitive control and particle detector components, of the order of magnitude of 10 MRad[Si]/year for systems such as the Large Hadron Collider. Nuclear explosions produce a short and extremely intense surge through a wide spectrum of electromagnetic radiation, an electromagnetic pulse (EMP), neutron radiation, and a flux of both primary and secondary charged particles. In case of a nuclear war they pose a potential concern for all civilian and military electronics. Chip packaging materials were an insidious source of radiation that was found to be causing soft errors in new DRAM chips in the 1970s. Traces of radioactive elements in the packaging of the chips were producing alpha particles, which were then occasionally discharging some of the capacitors used to store the DRAM data bits. These effects have been reduced today by using purer packaging materials, and employing error correcting codes to detect and often correct DRAM errors.

Жадының ығысуы

Нейтрон шағылысуына нейтрондар, протондар, альфа бөлшектері, ауыр иондар және өте жоғары энергиялы гамма-фотондар себеп болады. Олар кристалл торындағы атомдардың орналасуын өзгертеді, тұрақты зақымдану тудырады және рекомбинация орталықтарының санын арттырады, азшылық тасымалдаушыларды азайтады және зақымдалған жартылай өткізгіштің тораптарының аналогтық қасиеттерін нашарлатады. Күтпегендей, қысқа мерзім ішінде жоғары дозалар зақымдалған тордың ішінара қалпына келуіне ("жазылуына") әкеледі, бұл ұзақ уақыт бойы төмен қарқынмен берілген бірдей дозаларға қарағанда зақымданудың төмен дәрежесіне алып келеді (LDR немесе Төмен Дозалық Жылдамдық). Бұл мәселе биполярлық транзисторлар үшін ерекше маңызды, олар негізгі аймақтарындағы азшылық тасымалдаушыларға тәуелді; рекомбинациядан туындаған жоғалтулар транзистордың күшейту коэффициентін азайтады (нейтрон әсерлеріне қараңыз). ELDRS (Enhanced Low Dose Rate Sensitive) сертификаты бар компоненттер 0,01 рад(Si)/с = 36 рад(Si)/сағаттан төмен қарқынмен сәулеленгенде зақымдануды көрсетпейді.

Иондау әсерлері

Иондау әсерлері зарядталған бөлшектермен туындайды, оның ішінде тор әсерін тудырмайтын төмен энергиялы бөлшектер де осыған себеп болады. Иондау әсерлері көбінесе уақытша болады, ол ақаулар мен жұмсақ қателерге алып келеді, бірақ егер олар басқа зақымдану механизмдерін (мысалы, құлыптану) тудырса, құрылмыстың бүлінуіне әкелуі мүмкін. Көк сәуле және рентген сәулесінен туындаған фототок та осы санатқа жатуы мүмкін. MOSFET транзисторларының оксид қабатындағы тесіктердің біртіндеп жиналуы олардың өнімділігінің нашарлауына, ал доза жеткілікті деңгейге жеткенде құрылғының істен шығуына дейін әкелуі мүмкін (жалпы иондау дозасының әсерлеріне қараңыз). Әсерлер сәулелену түрі, жалпы дозасы және сәулелену ағыны, сәулелену түрлерінің үйлесімі, тіпті құрылғы жүктемесінің түрі (жұмыс жиілігі, жұмыс кернеуі, бөлшек соққан сәттегі транзистордың нақты күйі) сияқты барлық параметрлерге байланысты айтарлықтай өзгеруі мүмкін, бұл мұқият сынақ жүргізуді қиын, уақытты көп алатын және көптеген сынақ үлгілерін қажет етеді.

Жалпы иондау дозасының әсері

Жарымөткізгіш тордың күммулятивті зақымдануы (тордың ығысу зақымдануы) иондаушы сәулеленудің әсер ету уақытында туындайды. Ол радтармен өлшенеді және құрылғының өнімділігінің баяу, біртіндеп төмендеуіне себеп болады. Кремний негізді құрылғыларға секундтар мен минуттар ішінде жеткізілген 5000 радтан жоғары жалпы доза ұзақ мерзімді деградацияға алып келеді. CMOS құрылғыларында сәулелену шлюздің оқшаулағыш қабаттарында электрон-тесік жұптарын жасайды, олардың рекомбинациясы кезінде фототоктар тудырады, ал оқшаулағыштағы тордағы ақауларға түскен тесіктер шлюздің тұрақты қисайюына және транзисторлардың шекті кернеуіне әсер етеді, N типіндегі MOSFET транзисторларын қосуды жеңілдетіп, P типіндегілерін қиындатады. Аккумуляцияланған заряд транзисторларды тұрақты түрде ашық (немесе жабық) күйде ұстауға жеткілікті болуы мүмкін, бұл құрылғының істен шығуына әкеледі. Уақыт өте келе өзін-өзі қалпына келтірудің белгілі бір деңгейі байқалады, бірақ бұл әсер тым маңызды емес. Бұл әсер жоғары интеграцияланған, жоғары жылдамдықты электроникадағы ыстық тасымалдаушы деградациясымен ұқсас. Кристалл осцилляторлары сәулелену дозаларына белгілі бір деңгейде сезімтал, бұл олардың жиілігін өзгертеді. Тазартылған кварцты пайдалану арқылы сезімталдықты едәуір төмендетуге болады. Табиғи кварц кристалдары ерекше сезімтал. TID сынағы үшін сәулелену өнімділігінің қисықтары барлық нәтижелі әсерлерді сынау процедуралары үшін жасалуы мүмкін. Бұл қисықтар TID сынақ процесі кезіндегі өнімділік тенденцияларын көрсетеді және сәулелену сынағының есебіне қосылады.

Уақытша әсері

Қысқа мерзімді, жоғары интенсивті сәулелену импульсі, әдетте ядролық жарылыс кезінде болады. Жоғары сәулелену ағыны жартылай өткізгіштің барлық бөлігінде фототоктар тудырады, транзисторлардың кездейсоқ ашылуына себеп болып, триггерлер мен жад жасушаларының логикалық күйлерін өзгертеді. Импульстің ұзақтығы артық болса немесе импульс байланысқа зақым келтірсе немесе құлыптану (latchup) болса, тұрақты зақымданулар пайда болуы мүмкін. Құлыптану көбінесе ядролық жарылыстың рентген және гамма сәулеленуінде болады. Кварцтағы жылдам фотоөткізгіштік салдарынан кристалл осцилляторлары жарылыс кезінде тербелуін тоқтатуы мүмкін.

Жүйелер арқылы пайда болатын ЭМТ әсерлері

SGEMP жабдықтар арқылы таралатын сәулелену импульсінен туындайды, бұл микросхемалардың, басылымды тізбек тақталарының, электр кабельдерінің және корпус материалдарындағы жергілікті иондану мен электр тогын қоздырады.

Цифрлық зақымдану: КӨРІҢІЗ

Бір оқиғаның әсері (SEE) 1970 жылдардан бері жан-жақты зерттелді. Жоғары энергиялы бөлшек жартылай өткізгіш арқылы өтетін кезде, оның ізінде иондалған жол қалады. Бұл иондану нәтижесінде шығыстағы шағын қате, жадта немесе тіркегіштегі бит ауысымы, немесе әсіресе жоғары қуатты транзисторларда, бұзылу мен тозу сияқты локальді әсерлер туындауы мүмкін. Бір оқиғаның әсері спутниктерде, ұшақтарда және басқа да азаматтық және әскери аэроғарыштық қолданыстардағы электроника үшін маңызды. Кейде, құлыптағыштарсыз тізбектерде, СЭС-тің ұзақтығынан асып түсетін тізбек реакция уақытын баяулату үшін RC уақыт тұрақты тізбектерін қосу пайдалы.

Бір оқиғалы өткінші

SET иондану оқиғасынан жиналған заряд схема арқылы таралатын бұрыс сигнал түрінде босатылғанда пайда болады. Бұл, негізінен, электростатикалық разрядтың салдары. Жұмсақ қате, қайтымды.

Бір оқиғаға байланысты күйзелісі

Электрондық құрылғылардағы бір оқиғалы бұзылулар (SEU) немесе уақытша сәулелену әсерлері – чиппен бір ионның әрекеттесуінен жад немесе тіркегіш биттерінің күйін өзгерту. Бұл құрылғыға тұрақты зақым келтірмейді, бірақ мұндай қатеден қалпына келе алмайтын жүйеде мәселелер тудыруы мүмкін. Жұмсақ қате, қайта орнатылады. Көбінесе сезімтал құрылғыларда бір ион бірнеше жақын жад ұяшығында бірнеше бит бұзылысын (MBU) тудыруы мүмкін. Егер SEU басқару тізбектерін, мысалы, күй машиналарын бұзса, бір оқиғалы функционалдық үзіліс (SEFI) пайда болуы мүмкін, бұл құрылғыны белгісіз күйге, сынақ режиміне немесе тоқтатуға алып келеді, содан кейін оны қалпына келтіру үшін қайта жүктеу немесе қуатты қайта қосу қажет болады.

Бір оқиғалы тұйықтауыш

SEL кез келген паразиттік PNPN құрылымы бар чипте пайда болуы мүмкін. Ауыр ион немесе жоғары энергиялы протон екі ішкі транзистордың бірінен өтіп, тиристор тәрізді құрылымды қосуы мүмкін, ол құрылғы қуаттан өшіріліп қосылғанға дейін "қосқыш күйде" (латч-ап деп аталатын құбылыс) қалады. Бұл құбылыс қуат көзі мен негіз арасында орын алғандықтан, құрылымды бұзуға әкелетін жоғары ток туындауы және компонент істен шығуы мүмкін. Өзгертілмейтін қателік. Көлемді CMOS құрылғылары ең осал.

Бір оқиғалы қайтару

Бір реттік оқиғаға байланысты кері қайту (snapback) SEL-ге ұқсас, бірақ PNPN құрылымын қажет етпейді. Ол үлкен токтарды коммутациялайтын N-арналы MOS транзисторларында, ион дренайнан жақын жерге тигенде және заряд тасымалдаушылардың лавиналық көбеюіне себеп болғанда пайда болуы мүмкін. Содан кейін транзистор ашылып, ашық күйде қалады, бұл түзетуге келмейтін ауыр қателік.

Бір оқиғадан туындаған ахуалдың тозуы

SEB қуатты MOSFET-терде, егер бастауыш аймағының тікелей астындағы субстрат тікелей токқа өтсе және ағын-көз кернеуі паразиттік құрылымдардың тегіс кернеуінен жоғары болса, пайда болуы мүмкін. Нәтижесінде пайда болатын жоғары ток пен жергілікті қызу құрылғыны жояды. Өте ауыр қателік, түзетілмейді.

Бір оқиғалы қақпаның үзілуі

SEGR қуатты MOSFET-терде ауыр ион қақпа аймағына тигенде, қақпаға жоғары кернеу қолданылғанда байқалады. Бұл кремний диоксидінің оқшаулағыш қабатында жергілікті бұзылуға алып келеді, нәтижесінде қақпа аймағы жергілікті түрде қызып, қирап (микроскопиялық жарылыс сияқты) жойылады. Мұндай жағдай EEPROM жад ұяларында жазу немесе өшіру операциялары кезінде де кездесуі мүмкін, осы кезде ұялар салыстырмалы түрде жоғары кернеуге түседі. Бұл қайта ортуға келмейтін, тұрақты қателік.

SEE сынағы

Протондық сәулелер қолжетімділігіне байланысты СЭЭ сынақтарында кеңінен қолданылса да, төмен энергияда протондық сәулелену жиі СЭЭ-ге осалдықты төмен бағалауы мүмкін. Сонымен қатар, протондық сәулелер құрылғыларды жалпы иондау дозасының (TID) салдарынан істен шығу қаупіне ұшыратады, бұл протондық сынақтардың нәтижелерін шатастыруы немесе құрылғының мерзімінен бұрын істен шығуына әкелуі мүмкін. Ақ нейтрондық сәулелер – ең нақты СЭЭ сынақ әдісі саналады, бірақ олар әдетте қатты нысанаға негізделген көздерден алынады, нәтижесінде сәуле ағыны біркелкі болмайды және сәулелену аймағы шағын болады. Ақ нейтрондық сәулелердің энергия спектрінде де белгілі бір дәрежеде белгісіздік болады, көбінесе олардың құрамында жоғары жылулық нейтрондар көп кездеседі. Протондық және спалляциялық нейтрондық көздердің кемшіліктерінен СЭЭ сынақтары үшін моноэнергетикалық 14 МэВ нейтрондарды қолдану арқылы құтылуға болады. Бір қызығушылық тудыратын мәселе – моноэнергетикалық нейтронның тудырған бір оқиға әсерлері кең спектрлі атмосфералық нейтрондардың нақты әсерін дәл көрсетпейді. Алайда, соңғы зерттеулер керісінше, моноэнергетикалық нейтрондарды, әсіресе 14 МэВ нейтрондарды, қазіргі заманғы микроэлектроникада СЭЭ қималарын өте дәл түсіну үшін пайдалануға болатынын көрсетті.

Физикалық

Қаттыланған микросхемалар көбінесе әдеттегі жартылай өткізгіш пластиналардың орнына оқшаулағыш субстраттарда жасалады. Оқшаулағыштағы кремний (SOI) және сапфирдегі кремний (SOS) жиі қолданылады. Әдеттегі коммерциялық сапалы микросхемалар 50-ден 100 сұрға дейін (5-тен 10 крадқа дейін) төтеп бере алады, ал ғарыштық сапалы SOI және SOS микросхемалары 1000-ден 3000 сұрға дейін (100-ден 300 крадқа дейін) дозаны қабылдай алады. Бір кезде 4000 сериялы көптеген микросхемалар радиацияға төзімді нұсқаларда (RadHard) қол жетімді болды. Магниттік кедергілі RAM, немесе MRAM, радиацияға төзімді, қайта жазылатын, ұшпағыш жадты қамтамасыз етуге мүмкіндігі бар. Физикалық принциптер мен алғашқы сынақтар MRAM иондануға байланысты деректердің жоғалуына осал емес екенін көрсетеді. Конденсаторлық DRAM көбінесе берік (бірақ үлкен және қымбат) SRAM-мен ауыстырылады. Терең деңгейдегі ақауларға жоғары төзімділікті қамтамасыз ететін кең жолақты субстратты таңдау, мысалы, кремний карбиді немесе галлий нитриді. Қаптаманы радиоактивтілікке қарсы қорғау, құрылғының тікелей әсеріне ұшырауын азайту. Чиптерді қорғайтын борофосфосиликатты шыны қабатында (тек борон-11 изотопынан тұратын) тазартылған борды қолдану арқылы чиптерді (нейтрондардан) қорғау, себебі табиғи борон-10 нейтрондарды оңай сіңіріп алып, альфа ыдырауына ұшырайды (жұмсақ қателерге қараңыз). Радиацияға төзімділікті арттыру үшін арнайы технологиялық процесті пайдалану. Жаңа радиацияға төзімді процестерді әзірлеудің жоғары құнына байланысты, 2016 жылғы деректер бойынша ең кішкентай "нағыз" радиацияға төзімді (RHBP, Rad Hard By Process) процесі 150 нм құрайды, бірақ "нағыз" радиацияға төзімді процестерде (RHBD, Rad Hard By Design) қолданылатын кейбір әдістерді пайдаланған 65 нм FPGA-лар да болды. 2019 жылға қарай 110 нм радиацияға төзімді процестер қолжетімді. Әдеттегіден көбірек транзисторлары бар (4T немесе 6T) SRAM жасушаларын пайдалану, бұл жасушаларды SEU-ға төзімді етеді, бірақ оның орнына қуатты тұтыну мен жасушаның көлемін арттырады.

Логикалық

Қателерді түзейтін код жады (ECC жады) деректердің бұзылуын тексеру және мүмкіндігінше түзету үшін артық биттерді пайдаланады. Радиацияның әсері жүйе RAM-ге тікелей кірмей тұрғанда да жад мазмұнына зақым келтіретіндіктен, "скраббер" тізбегі RAM-ді үнемі қарап шығуы керек: деректерді оқып, артық биттерді дерек қателеріне тексеріп, содан кейін түзетулерді RAM-ге қайта жазуы керек. Артық элементтерді жүйе деңгейінде де қолдануға болады. Үш жеке микропроцессорлық тақта есептің жауабын тәуелсіз түрде есептеп, нәтижелерін салыстыра алады. Азшылық нәтиже беретін кез келген жүйе қайта есептеледі. Егер бір жүйеде қателер қайталаса, сол тақтаны өшіру үшін логика қосылуы мүмкін. Тізбек деңгейінде артық элементтерді де пайдалануға болады. Бір бит үш битпен алмастырылуы мүмкін, және әр биттің нәтижесін үнемі анықтау үшін әрқайсысына жеке "дауыс беру логикасы" (үш модульді артықшылық) орнатылады. Бұл чип дизайнының ауданын 5 есеге арттырады, сондықтан оны кішірек дизайн үшін резервтеу керек. Бірақ оның қосымша артықшылығы – ол нақты уақытта "қауіпсіз істен шығу" мүмкіндігін де береді. Егер бір бит бұзылса (бұл сәулеленумен байланысты болмауы мүмкін), дауыс беру логикасы күзетші таймерді пайдаланбастан дұрыс нәтижені беруді жалғастырады. Үш жеке процессорлық жүйе арасындағы жүйелік деңгейдегі дауыс беру үшін әдетте үш процессорлық жүйе арасындағы дауыс беруді жүзеге асыру үшін тізбек деңгейіндегі дауыс беру логикасын пайдалану қажет. Қатты құлыпталған элементтер қолданылуы мүмкін. Күзетші таймер жүйе тірі екенін көрсететін, мысалы, бортындағы процессордан жазу операциясы сияқты, белгілі бір реттілік орындалмаса, жүйені қатты қайта іске қосады. Қалыпты жұмыс кезінде бағдарламалық құрал таймердің бітуіне жол бермеу үшін күзетші таймерге үнемі жазуды жоспарлайды. Егер сәулелену процессордың дұрыс жұмыс істемеуіне себеп болса, бағдарламалық құрал күзетші таймерін тазалау үшін жеткілікті дұрыс жұмыс істемейді. Күзетші таймер ақырында бітіп, жүйені қатты қайта іске қосады. Бұл сәулеленуден қорғаудың басқа әдістеріне соңғы шара саналады.

Error correcting code memory (ECC memory) uses redundant bits to check for and possibly correct corrupted data. Since radiation's effects damage the memory content even when the system is not accessing the RAM, a "scrubber" circuit must continuously sweep the RAM; reading out the data, checking the redundant bits for data errors, then writing back any corrections to the RAM. Redundant elements can be used at the system level. Three separate microprocessor boards may independently compute an answer to a calculation and compare their answers. Any system that produces a minority result will recalculate. Logic may be added such that if repeated errors occur from the same system, that board is shut down. Redundant elements may be used at the circuit level. A single bit may be replaced with three bits and separate "voting logic" for each bit to continuously determine its result (triple modular redundancy). This increases area of a chip design by a factor of 5, so must be reserved for smaller designs. But it has the secondary advantage of also being "fail safe" in real time. In the event of a single bit failure (which may be unrelated to radiation), the voting logic will continue to produce the correct result without resorting to a watchdog timer. System level voting between three separate processor systems will generally need to use some circuit level voting logic to perform the votes between the three processor systems. Hardened latches may be used. A watchdog timer will perform a hard reset of a system unless some sequence is performed that generally indicates the system is alive, such as a write operation from an onboard processor. During normal operation, software schedules a write to the watchdog timer at regular intervals to prevent the timer from running out. If radiation causes the processor to operate incorrectly, it is unlikely the software will work correctly enough to clear the watchdog timer. The watchdog eventually times out and forces a hard reset to the system. This is considered a last resort to other methods of radiation hardening.

Әскери және ғарыш өнеркәсібіне арналған қолданбалар

Радиациялық қаталданған және радиацияға төзімді компоненттер әскери және ғарыш қолданбаларында жиі қолданылады, оның ішінде жүктеме нүктесі (POL) қолданбалары, спутниктік жүйелердің қуат көздері, кернеуді төмендету реттегіштері, микропроцессорлар, FPGA, FPGA қуат көздері және жоғары тиімділік, төмен кернеулі жүйелік қуат көздері. Дегенмен, барлық әскери сападағы компоненттер радиациялық қаталданған емес. Мысалы, АҚШ MIL STD 883 стандартында көптеген сәулеленуге қатысты сынақтар бар, бірақ бір реттік құлыптану жиілігіне ешқандай талаптар қойылмаған. Фобос-Грунт ғарыш зонды да осындай қате болжамнан қаза тапқан болуы мүмкін. 2021 жылы ғарыш қолданбаларында қолданылатын радиациялық қаталданған электроника нарығының көлемі 2,35 миллиард долларға бағаланды. Жаңа зерттеулерге сәйкес, 2032 жылға қарай бұл көрсеткіш шамамен 4,76 миллиард долларға жетеді.