Unter der 10 Kilometer langen Eiskappe befindet sich ein Ozean aus flüssigem Wasser, in dem Leben existieren könnte.

Mit Oberflächentemperaturen von -180 Grad Celsius und extrem hoher Strahlung ist es aber auch einer der unwirtlichsten Orte im Sonnensystem.

Die Erforschung Europas in den kommenden Jahren könnte mit neuen Anwendungen der Silizium-Germanium-Transistor-Technologieforschung möglich sein, die an der Georgia Tech durchgeführt wird.

Professor John D. Cressler von der School of Electrical and Computer Engineering (ECE) und seine Studenten arbeiten seit Jahrzehnten mit Silizium-Germanium-Heterojunction-Bipolartransistoren (SiGe HBT) und haben festgestellt, dass sie in extremen Umgebungen wie Europa einzigartige Vorteile bieten.

„Aufgrund ihrer Bauweise überstehen diese Geräte diese extremen Bedingungen, ohne die zugrunde liegende Technologie selbst zu verändern“, sagte der Cressler-Projektforscher.

„Sie können es für das bauen, was Sie auf der Erde tun möchten, und dann können Sie es im Weltraum verwenden.“

Forscher des ersten Jahres eines dreijährigen Stipendiums des Programms Ocean World Life Detection Technology Concepts (COLDTech) der NASA entwickeln die elektronische Infrastruktur für zukünftige Europa-Oberflächenmissionen.

Die NASA plant, bis 2024 die Raumsonde Europa Clipper in die Umlaufbahn zu bringen, um Europas Ozeane zu kartieren, und schließlich den Europa Lander zu schicken, um durch das Eis zu bohren und seinen Ozean zu untersuchen.

Aber alles beginnt mit einer Elektronik, die in der extremen europäischen Umgebung funktionieren kann.

Cressler und seine Studenten demonstrierten zusammen mit Wissenschaftlern des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA und der University of Tennessee (UT) in einem auf der IEEE Nuclear and Cosmic Radiation Effects Conference vorgestellten Papier die Fähigkeit von SiGe HBT, in solch widrigen Umgebungen zu arbeiten im Juli.

europäische Herausforderung

Wie die Erde hat auch Jupiter einen Kern aus flüssigem Metall, der ein Magnetfeld erzeugt, das Strahlungsgürtel aus hochenergetischen Protonen und Elektronen aussendet, die durch den einfallenden Sonnenwind erzeugt werden.

Leider liegt Europa als Jupitermond genau zwischen diesen Strahlungsgürteln.

Grundsätzlich sollte jede Technologie, die für die Oberfläche von Europa entwickelt wird, nicht nur niedrigen Temperaturen standhalten, sondern auch der maximalen Strahlung des Sonnensystems.

Glücklicherweise ist der SiGe HBT ideal für diese raue Umgebung.

Der herkömmliche SiGe-HBT-Bipolartransistor verwendet eine nanoskalige Si-Ge-Legierung, um seine Eigenschaften im Nano-Engineering zu verändern, um im Wesentlichen einen viel schnelleren Transistor herzustellen, während die Wirtschaftlichkeit und die niedrigen Kosten herkömmlicher Siliziumtransistoren beibehalten werden.

SiGe-HBTs haben die einzigartige Eigenschaft, ihre Leistung unter extremer Strahlungseinwirkung beizubehalten, und ihre Leistung verbessert sich natürlich bei niedrigeren Temperaturen.

Diese einzigartige Kombination macht sie zu idealen Kandidaten für die europäische Forschung.

Transistor testen

Um diese Frage zu beantworten, verwendeten die GT-Forscher das JPL-Dynamitron, eine Maschine, die Elektronen mit hohem Fluss bei sehr niedrigen Temperaturen emittiert, um SiGe in einer Europa-ähnlichen Umgebung zu testen.

Sie setzten den SiGe-HBT einer Million Volt Elektronen mit einer Strahlungsdosis von fünf Millionen Rad (200 bis 400 Rad sind für Menschen tödlich) bei Temperaturen von 300, 200 und 115 Kelvin (-160 Grad Celsius) aus.

In den nächsten zwei Jahren werden GT- und UT-Forscher reale Schaltkreise aus SiGe entwickeln, die in Europa verwendet werden könnten, wie etwa Radios und Mikrocontroller.

Aber was noch wichtiger ist, diese Geräte könnten nahtlos in fast jeder Weltraumumgebung eingesetzt werden, einschließlich Mond und Mars.

„Wenn Europa die schlechteste Umgebung im Sonnensystem ist und Sie diese Geräte in Europa betreiben können, werden sie überall funktionieren“, sagte Kressler.

„Diese Forschung knüpft an frühere Forschungen an, die mein Team an der Georgia Tech University durchgeführt hat