SingleEventEffekte

SingleEventEffekte (SEE) bezeichnen in der Elektronik die durch einen einzelnen hochenergetischen Partikel verursachten Störungen in Halbleiterbauelementen. Typische Quellen sind kosmische Strahlen und solare Protonen, insbesondere in Raumfahrtanwendungen und im Flugverkehr. SEE kann auch in irdischen Systemen auftreten, wenn empfindliche Bauteile hohen Teilchenströmen ausgesetzt sind.

Zu den SEE gehören SEU (Single Event Upset) – ein logischer Zustandswechsel in Speichern oder Flip-Flops; SET (Single Event Transient) – eine kurze transiente Störung in logischen Netzen; SEB (Single Event Burnout) – ein destruktives Ausfallen durch Überstrom; SEL (Single Event Latchup) – das Durchschalten eines latched Zustand durch einen parasitären Thyristor, was zu dauerhaft hohem Strom führen kann. Mehrere Bits können betroffen sein (MBU).

Der Mechanismus beruht darauf, dass ein Partikel eine Ionisierungsbahn hinterlässt und Elektron-Loch-Paare erzeugt. Die gesammelte Ladung kann kritische Knoten beeinflussen, sodass Speichereinheiten ausgesetzt werden oder Logik verzögert oder falsch reagiert. LET (lineare Energiefreisetzung) und der Einfallswinkel bestimmen die Stärke der Störung und hängen von Teilchenart, Energie und Bauteil ab.

Folgen von SEE reichen von temporären Soft-Errors wie Datenkorruption oder fehlerhaften Abzügen bis zu dauerhaften Schäden oder Systemausfällen bei SEB/SEL, besonders wenn nicht ausreichende Schutzmaßnahmen vorhanden sind. In modernen Mikroprozessoren, FPGAs oder Speicherchips sind SEE ein maßgebliches Systemrisiko in rauen Umgebungen.

Schutzmaßnahmen umfassen hardened-by-design bzw. hardened-by-process Bauteile, Fehlererkennung und -korrektur (ECC), Scrubbing, Triple Modular Redundancy (TMR) sowie Shielding und geeignete Gehäuse- bzw. Bauteilabstände. Latch-up-Vermeidung durch Guard-Ringe und geeignete Well-Strukturen ist ebenfalls wichtig. SEE-Wahrscheinlichkeiten werden in Heavy-Ion-Tests ermittelt.

Siehe auch: TID, Displacement Damage, Rad-Hard-Technologien.