美國航空航天局（NASA）戈達(dá)德太空飛行中心的兩個(gè)科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)正在研究如何利用氮化鎵（GaN）加強(qiáng)空間探索。（1）工程師Jean-Marie Lauenstein和科學(xué)家Elizabeth MacDonald正在研究GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）如何用于地球磁球?qū)优c電離層間耦合的研究，這是太陽物理學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵問題。（2）Stanley Hunter和Georgia de Nolfo正在研究GaN材料在固態(tài)中微子探測器上的應(yīng)用，該探測器與科學(xué)和國土安全息息相關(guān)。

GaN晶體管抗輻射性能評(píng)估

GaN材料可用于由氮化鎵晶體管組成的電子束加速器，這種加速器用于將地球保護(hù)性磁球?qū)又械奶囟ù帕€映射到地球電離層中極光所發(fā)生印記，有助于顯示近地空間兩個(gè)區(qū)域是如何連接。

GaN晶體管在2010年上市，但尚未進(jìn)入空間科學(xué)的儀器，盡管它們具有減小儀器尺寸，重量和功耗的潛力。Lauenstein說，這是有原因的。盡管GaN具備抵抗空間中許多類型輻射損傷的能力，但NASA和美國軍方都沒有建立標(biāo)準(zhǔn)來表征這些晶體管器件在暴露于空間應(yīng)用中極端輻射時(shí)的性能。當(dāng)被銀河系宇宙射線或其他高能粒子撞擊時(shí)，電子設(shè)備可能會(huì)遇到災(zāi)難性或短暫的單粒子翻轉(zhuǎn)。Lauenstein說：“我們有硅器件的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我們不知道硅晶體管的方法是否適用于氮化鎵晶體管。對(duì)于硅器件，我們可以評(píng)估失效的閾值。”

Lauenstein和MacDonald將與拉斯阿爾莫斯國家實(shí)驗(yàn)室、器件制造商、NASA電子零件和封裝分部合作來制定標(biāo)準(zhǔn)，確保GaN型器件能夠承受銀河系宇宙射線和其他輻射源所產(chǎn)生的潛在有害顆粒的影響。MacDonald說“團(tuán)隊(duì)對(duì)輻射耐受性的研究有助于我們了解如何在任務(wù)的壽命內(nèi)在惡劣的太空環(huán)境中駕駛這些加速器?！盠auenstein認(rèn)為，這些標(biāo)準(zhǔn)也將有益于其他科學(xué)學(xué)科?！皩?duì)于該技術(shù)，我們需要一條前進(jìn)的道路，這為其他人打開了大門，將這項(xiàng)技術(shù)融入他們自己的任務(wù)中。”

GaN在固態(tài)中微子探測器上的應(yīng)用

對(duì)于de Nolfo和Hunter來說，GaN為制造探測器和成像中微子提供了一種潛在的解決方案，這些中微子壽命短暫，且通常在大約15分鐘后消失。大氣中的宇宙射線產(chǎn)生的中微子可以增加地球的輻射帶，當(dāng)它們衰變時(shí)，可能會(huì)干擾衛(wèi)星電子設(shè)備。研究人員發(fā)現(xiàn)GaN可以構(gòu)成高靈敏度中微子探測器的基礎(chǔ)。de Nolfo說?！皩?duì)于我們而言，GaN晶體可能會(huì)改變游戲規(guī)則，”

Hunter和de Nolfo將GaN晶體定位在儀器內(nèi)。當(dāng)中微子進(jìn)入晶體時(shí)，它們散射出鎵和氮原子，并在此過程中激發(fā)其他原子，然后產(chǎn)生閃光，告知引發(fā)反應(yīng)的中微子的位置。附著在晶體上的硅光電倍增管將閃光轉(zhuǎn)換成電脈沖，由傳感器件進(jìn)行分析。

Hunter說道“光電子行業(yè)對(duì)GaN已經(jīng)有了很好的理解，但我認(rèn)為我們正在推動(dòng)這一應(yīng)用的發(fā)展”，并補(bǔ)充說，這個(gè)概念的美妙之處在于它不包含任何活動(dòng)部件，使用極少的電量，并在真空中操作。他補(bǔ)充說，如果有效，該儀器將對(duì)不同的空間科學(xué)學(xué)科以及軍方檢測核材料帶來益處。

圖片為氮化鎵盤和光電倍增管陣列，可為短壽命中微子的探測器制造和成像提供潛在解決方案。