Как электроника сможет противостоять космическому излучению? Ответ — углеродные нанотрубки

14.10.2024

Во время долгих космических миссий, любая электроника неизбежно будет подвергаться разрушению под действием космического излучения. Однако добавление углеродных нанотрубок может сохранить работоспособность сложных устройств.

Космические миссии, такие как Orion, который доставит астронавтов на Марс, раздвигают границы человеческих исследований. Но во время полета космические корабли сталкиваются с непрерывным потоком разрушительного космического излучения, которое может повредить или даже разрушить бортовую электронику.

Один из вариантов решения проблемы — включить углеродные нанотрубки в широко используемые электронные компоненты, такие как полевые транзисторы. Эти одноатомные трубки, как ожидается, сделают транзисторы более энергоэффективными по сравнению с кремниевыми версий. В принципе, сверхмалый размер нанотрубок также должен помочь уменьшить эффекты, которые приносит излучение. Однако радиационная стойкость полевых транзисторов из углеродных нанотрубок широко не изучалась. Группа ученых решила проверить — смогут ли они спроектировать этот тип полевого транзистора, и как он будет выдерживать высокие уровни излучения, а так же построить микросхемы памяти на основе этих транзисторов.

Для этого исследователи нанесли углеродные нанотрубки на кремниевую пластину в качестве полупроводникового слоя в полевых транзисторах. Затем они протестировали различные конфигурации транзисторов с различными уровнями экранирования, состоящими из тонких слоев оксида гафния, а также металлической платины и титана вокруг полупроводникового слоя.

Команда обнаружила, что размещение экранов как над, так и под углеродными нанотрубками защищает электрические свойства транзистора от входящего излучения до 10 Мрад — уровня, намного превышающего уровень, с которым может справиться большинство радиационно-толерантных электронных устройств на основе кремния. Когда экран был помещен только под углеродные нанотрубки, они были защищены до 2 Мрад, что сопоставимо с коммерческой радиационной стойкой электроникой на основе кремния.

Наконец, чтобы достичь баланса между простотой изготовления и устойчивостью к излучению, команда создала микросхемы статической оперативной памяти (SRAM) с версией полевых транзисторов с нижней защитой. Так же, как и в экспериментах с транзисторами, эти микросхемы памяти имели такой же порог рентгеновского излучения, что и устройства SRAM на основе кремния.

Эти результаты показывают, что полевые транзисторы на углеродных нанотрубках, особенно с двойным экранированием, могут стать многообещающим дополнением к электронике следующего поколения для исследования космоса, говорят исследователи.

Теги: