电子行业的快速发展使得集成电路的体积变得越来越小,速度越来越高,价格越来越低。但遗憾的是,固态电子元件在极端环境下的稳定性还不能满足需求。超深井极端环境需要的电子元件的缺乏就是很好的例证。
汽车和飞机制造业也面临同样的问题,这些行业正在研究新的半导体以满足需求。新的电子设备能够解决极端环境的应用问题。
绝缘体上的半导体(SOI)是最著名的扩展电子元件高温性能的工具。在SOI中,每个晶体管都建在绝缘体上,使“热”生成电子的数量减少了约100倍。SOI元件通常可以在250oC下工作,有些远远超过300oC。在150oC的温度下性能基本无下降,相比之下体硅在125oC以上性能就会下降。
新的半导体为电子工业开启了大门。碳化硅就是一例。与硅相比,碳化硅的电压承受能力提高了4倍,散热性能提高1倍。与现有的硅设计相比,未来碳化硅马达控制器体积更小,重量更轻,能量消耗更低。加之可靠的SOI,可以制造具有极高能量密度的电子系统。
美国Sandia地热研究部设计了特制的SOI芯片,以生产制造基本测井和钻井仪器需要的全套高温SOI元件。该部正与许多元件和
传感器制造商共同进行钻井和测井仪器的试验工作。
试验是在高温地热和注入井中进行的,至今,Sandia HT SOI压力/温度(PT)测井仪器在无热防护的情况下在256oC的井中完成了测井作业。还计划在一口温度达300oC的井中进行为期1个月的测试。
截至目前,除进行油井监测测试外,还在火山活动监测和地热井监测中成功地布放了3个油藏监测系统。前两个得到美国地质勘探局的支助,用于火山活动监测;后一个用于监测距Coso地热发电厂1英里的一口地热井,在3100ft温度大致为193oC。
这些试验表明,与常规的电子元件相比,在193oC时,新的HT SOI电子元件的寿命实际上是不受限制的;SOI的应用使电子元件能够在250oC下工作。因此,采用SOI不仅提高了测井仪器的耐温指标,还延长了使用寿命。