28.10.2021, 10:30
Во время своих путешествий космические корабли сталкиваются с непрерывным потоком космического излучения, которое может повредить или даже разрушить бортовую электронику. Исследователи показали, что транзисторы и электрические схемы с углеродными нанотрубками могут сохранять свои свойства после воздействия высоким уровнем радиации.
Срок службы бортовых приборов и дальность полетов в космос в настоящее время ограничены надежностью технологий. Космическая радиация может вызвать сбои в передаче данных или повредить электронику до полного выхода ее из строя.
Одно из потенциальных решений — включить в широко используемые электронные компоненты (например, в полевые транзисторы) углеродные нанотрубки. Ожидается, что трубки толщиной в один атом сделают транзисторы более энергоэффективными по сравнению с обычными кремниевыми. Сверхмалый размер нанотрубок должен также помочь уменьшить воздействие радиации на микросхемы памяти, однако устойчивость полевых транзисторов на основе углеродных нанотрубок к радиации не была широко изучена.
Для создания таких полевых транзисторов исследователи поместили углеродные нанотрубки на кремниевую пластину в качестве полупроводящего слоя, а затем протестировали различные конфигурации транзисторов с различной степенью экранирования — полупроводниковый слой окружили тонкими слоями оксида гафния, титана и платины. Команда исследователей обнаружила, что размещение экранирующего слоя как над, так и под углеродными нанотрубками защищает электрические свойства транзистора от входящего излучения при поглощении до 10 Мрад — этот уровень сильно превышает тот, который может выдержать большинство радиационно-устойчивых электронных устройств на основе кремния. Если экран помещен только под углеродные нанотрубки, свойства транзистора сохранялись вплоть до поглощения дозы излучения до 2 Мрад, что сравнимо с коммерчески доступной радиационно-устойчивой электроникой на основе кремния.
Чтобы достичь баланса между простотой изготовления и радиационной стойкостью, команда создала микросхемы статической памяти с произвольным доступом (SRAM) с экранированнием полевых транзисторов снизу. Как и в случае транзисторов, микросхемы памяти имели такой же порог устойчивости к воздействию рентгеновского излучения, как и устройства статической памяти с произвольным доступом на основе кремния.
Эти результаты показывают, что полевые транзисторы на основе углеродных нанотрубок имеют все шансы стать перспективным дополнением к надежной электронике следующего поколения для освоения космоса.
Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.
