碳納米管可幫助電子產品抵禦外層空間的破壞性宇宙輻射
太空任務,如美國宇航局的獵戶座飛船將把宇航員帶到火星,正在推動人類探索的極限。 但是在運輸過程中,航太器會遇到持續的破壞性宇宙輻射,這可能會損害甚至破壞機載電子設備。 為了延長未來的任務,研究人員在ACS Nano上的報告顯示,帶有碳納米管的晶體管和電路可以被配置為在受到大量輻射轟擊后保持其電氣特性和記憶能力。
目前,深空任務的壽命和距離受到驅動它們的技術的能源效率和堅固性的限制。 例如,太空中的惡劣輻射會損壞電子器件並導致數據故障,甚至使計算機完全癱瘓。
一種解決問題的可能性是在廣泛使用的電子元件中包括碳納米管,如場效應晶體管。 這些單原子厚度的管子有望使晶體管與更多基於矽的版本相比更加節能。 原則上,納米管的超小尺寸也應該有助於減少輻射對含有這些材料的存儲晶元的影響。 然而,碳納米管場效應晶體管的輻射耐受性還沒有被廣泛研究。 因此,Pritpal Kanhaiya、Max Shulaker及其同事想看看他們是否能夠設計這種類型的場效應晶體管,以承受高水準的輻射,並在這些晶體管的基礎上構建存儲晶片。
為了做到這一點,研究人員將碳納米管沉積在矽片上,作為場效應晶體管的半導體層。 然後,他們測試了不同的晶體管配置,並在半導體層周圍設置了不同程度的遮罩層,包括氧化銸和鈦及鉑金屬的薄層。
研究小組發現,在碳納米管的上方和下方都放置遮罩層,可以保護晶體管的電性能免受高達10埃德的輻射–這一水準遠遠高於大多數矽基耐輻射電子設備所能承受的水準。 當只在碳納米管下面放置一個遮罩罩時,它們被保護到2Mrad,這與商業矽基耐輻射電子產品相當。
最後,為了在製造的簡單性和輻射的穩健性之間取得平衡,研究小組用場效應晶體管的底部遮罩版製造了靜態隨機存取記憶體(SRAM)晶元。 正如在晶體管上進行的實驗一樣,這些存儲晶元具有與矽基SRAM器件相似的X射線輻射閾值。
研究人員說,這些結果表明,碳納米管場效應晶體管,特別是雙遮罩的場效應晶體管,可以成為下一代太空探索電子產品的一個有希望的補充。