Doutorando IFUSP tem artigo premiado em Congresso Internacional

O artigo "Studies on the Reliability of Power UMOSFETs in the Terrestrial Radiation Environment" foi destaque da sessão A - "SEE: Mechanisms & Modelling". Alberton contextualiza o trabalho: "Transistores são elementos de circuito fundamentais na eletrônica moderna utilizados diariamente para as mais diversas aplicações. Além de aplicações convencionais, eles são essenciais em sistemas eletrônicos de satélites e sabemos que a radiação do espaço sideral pode causar efeitos destrutivos nesses dispositivos, principalmente devido ao impacto de íons pesados energéticos. Por essa razão, eles são testados e qualificados com o uso de aceleradores de partículas, tal como o acelerador Pelletron 8-UD do IFUSP, antes de comporem a eletrônica embarcada de uma missão espacial. Acontece que tais efeitos destrutivos de radiação também são observados em dispositivos eletrônicos operando no ambiente de radiação terrestre, seja em nível do solo ou em altitudes de vôo, e são atribuídos a nêutrons presentes na atmosfera terrestre. Nêutrons não possuem carga elétrica, mas podem interagir através de reações nucleares com os materiais que constituem os transistores. Nessas condições, são principalmente os produtos dessas reações nucleares que podem resultar nos efeitos destrutivos indesejados. Nesse trabalho, estudamos como os nêutrons atmosféricos induzem efeitos destrutivos em transistores de diferentes tecnologias através de reações nucleares. Através de resultados experimentais e simulações computacionais, foi possível estimar a taxa de ocorrência desses efeitos destrutivos nos transistores estudados sob operação em qualquer localidade na atmosfera terrestre".

 

O estudo contou com a participação de instituições nacionais e internacionais de física e engenharia. Além do Instituto de Física da USP (IFUSP), estiveram envolvidos: o Centro Universitário FEI, o Instituto de Estudos Avançados (IEAv) do Comando da Aeronáutica, Università degli Studi di Padova (UNIPD, Itália), Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale (UNICAS, Itália), e ISIS Neutron and Muon Source do Rutherford Appleton Laboratory (ISIS-RAL, Reino Unido).

 

Sobre as motivações e o desenvolvimento do trabalho, Saulo reflete: "Embora o problema em questão seja motivado por aplicações de engenharia, a sua natureza requer conhecimentos de física nuclear e física de semicondutores. De maneira mais ampla, a minha tese de doutorado é basicamente dividida em experimentos com íons pesados, com foco em aplicações espaciais, e experimentos com nêutrons, direcionados para aplicações na atmosfera terrestre. No entanto, os experimentos com nêutrons foram uma novidade para mim e trouxeram diversos desafios. Nesse contexto, as primeiras campanhas experimentais foram realizadas no Laboratório de Radiação Ionizante (LRI-IEAv) utilizando nêutrons monoenergéticos. Após compreendermos bem os fenômenos observados nessa condição, submetemos uma proposta de experimento para utilizarmos o instrumento ChipIr da ISIS-RAL, no Reino Unido. O ChipIr é um instrumento de última geração capaz de produzir um feixe de nêutrons cujo espectro em energia é muito similar ao observado na atmosfera terrestre, porém muito mais intenso: uma hora de irradiação nesse equipamento pode equivaler a centenas de anos de exposição no ambiente de radiação terrestre. Esse feixe de nêutrons 'quase-atmosférico' é produzido utilizando-se um acelerador de partículas do tamanho de oito campos de futebol, que é responsável por acelerar inicialmente um feixe primário de prótons a até 84% da velocidade da luz. O feixe primário de prótons é usado para bombardear materiais específicos que, através de reações nucleares, geram o feixe secundário de nêutrons com as propriedades similares às dos nêutrons atmosféricos. Felizmente, a nossa proposta científica foi contemplada e a nossa campanha experimental no ChipIr foi inteiramente custeada pelo projeto RADiation facility Network for the EXploration of effects for indusTry and research (RADNEXT), vinculado ao Programa de Inovação e Pesquisa da União Europeia".

 

A publicação do estudo deve sair nos próximos meses, bem como a defesa da tese de doutorado. Saulo aponta, também, uma possível e interessante continuação dessa linha de pesquisa: investigar o impacto de radiação natural em tecnologias emergentes de estado sólido para informação quântica, tais como qubits supercondutores. À guisa de agradecimento, o doutorando recorda o apoio dos colaboradores, em especial o orientador Nilberto Medina (IFUSP), pelas valiosas discussões, e também o Dr. Saulo Finco (CTI Renato Archer), pelo esforço em providenciar apoio que viabilizou sua participação na conferência. CAPES, CNPq e IFUSP também apoiaram sua ida. O prêmio recebido no evento foi um dos seis direcionados a estudantes de pós-graduação, oferecidos pela associação RADECS (RADiation Effects on Components and Systems) e pelo projeto HEARTS (High-Energy Accelerators for Radiation Testing and Shielding).