In der heutigen Welt ist Single Event Upset zu einem Thema von unbestreitbarer Relevanz geworden. Seine Präsenz und Wirkung manifestieren sich in verschiedenen Bereichen, vom Privatleben bis zum beruflichen Bereich. Ob lokal oder global, Single Event Upset hat bei Experten und Fans gleichermaßen großes Interesse und Debatten geweckt. In diesem Artikel werden wir verschiedene Aspekte von Single Event Upset untersuchen und seinen Einfluss, seine Auswirkungen und mögliche Lösungen analysieren. Durch einen multidisziplinären Ansatz möchten wir Licht auf dieses in der heutigen Gesellschaft so relevante Thema werfen.
Ein Single Event Upset (SEU) ist ein Soft Error (deutsch „weicher“ Fehler), der in Halbleiterbauelementen beim Durchgang hochenergetischer ionisierender Teilchen (z. B. Schwerionen, Protonen) hervorgerufen werden kann. Er äußert sich beispielsweise als bitflip (Änderung des Zustandes eines Bits) in Speicherbausteinen oder Registern, was zu einer Fehlfunktion des betroffenen Bauteils führen kann. Die Klassifizierung als soft error rührt daher, dass ein SEU keinen dauerhaften Schaden am betroffenen Bauteil bewirkt. Ein Beispiel für einen hard error ist der Single Event Latch-up (SEL).
Da das Magnetfeld und die Atmosphäre der Erde eine abschirmende Wirkung für hochenergetische Teilchen aufweisen, treten SEUs in Meereshöhe nur relativ selten auf, wobei das Auftreten bei immer kleineren Strukturen häufiger wird, da mit geringer Strukturgröße und höherer Taktfrequenz kleinere Energien reichen, um ein SEU zu provozieren. Eine große Bedeutung haben sie im Bereich der Luft- und Raumfahrt. Flugzeuge und vor allem Satelliten sowie Raumfahrzeuge sind einer erhöhten (Teilchen-)Strahlung ausgesetzt, weshalb die entsprechende Elektronik hier in höherem Maße betroffen ist.
Beim Durchqueren von Materie gibt ein ionisierendes Teilchen Energie an das umliegende Material ab, was als Linear Energy Transfer (LET) bezeichnet wird. In Halbleitern führt das zu einer Änderung der Ladungsverteilung und kann somit – vereinfacht ausgedrückt – ein „Umschalten“ eines p-n-Übergangs bewirken. Die Energie ab der ein SEU in einem Halbleiterbauteil auftreten kann, wird als bezeichnet, wobei der Index th für threshold (deutsch: Schwelle, Schwellwert) steht. Als Maßeinheit wird üblicherweise MeV·cm²/mg (bezogen auf Si für MOS-Halbleiterbauteile) verwendet. Unterschiedliche Halbleiterbausteine unterscheiden sich stark in der Anfälligkeit für SEUs. Bauteile, die ein von über 100 MeV·cm²/mg aufweisen, werden oft auch als SEU-immun bezeichnet, was allerdings lediglich bedeutet, dass ein Bauteil bis zu diesem Wert getestet wurde und dabei kein SEU aufgetreten ist.
Da ein SEU in einem Bauteil zum Versagen eines kompletten Systems führen kann, werden verschiedene Maßnahmen ergriffen, um das Auftreten von SEUs zu verhindern, bzw. die negativen Auswirkungen zu minimieren. Im Englischen spricht man von SEU Mitigation. Neben dem Einsatz von Halbleiterbauelementen, die auf Grund der eingesetzten Fertigungstechnologie eine erhöhte Toleranz gegenüber Strahlung aufweisen, werden u. a. folgende Methoden angewendet: