碳纳米管可帮助电子产品抵御外层空间的破坏性宇宙辐射

太空任务,如美国宇航局的猎户座飞船将把宇航员带到火星,正在推动人类探索的极限。但是在运输过程中,航天器会遇到持续的破坏性宇宙辐射,这可能会损害甚至破坏机载电子设备。为了延长未来的任务,研究人员在ACS Nano上的报告显示,带有碳纳米管的晶体管和电路可以被配置为在受到大量辐射轰击后保持其电气特性和记忆能力。

目前,深空任务的寿命和距离受到驱动它们的技术的能源效率和坚固性的限制。例如,太空中的恶劣辐射会损坏电子器件并导致数据故障,甚至使计算机完全瘫痪。

碳纳米管可帮助电子产品抵御外层空间的破坏性宇宙辐射

一种解决问题的可能性是在广泛使用的电子元件中包括碳纳米管,如场效应晶体管。这些单原子厚度的管子有望使晶体管与更多基于硅的版本相比更加节能。原则上,纳米管的超小尺寸也应该有助于减少辐射对含有这些材料的存储芯片的影响。然而,碳纳米管场效应晶体管的辐射耐受性还没有被广泛研究。因此,Pritpal Kanhaiya、Max Shulaker及其同事想看看他们是否能够设计这种类型的场效应晶体管,以承受高水平的辐射,并在这些晶体管的基础上构建存储芯片。

为了做到这一点,研究人员将碳纳米管沉积在硅片上,作为场效应晶体管的半导体层。然后,他们测试了不同的晶体管配置,并在半导体层周围设置了不同程度的屏蔽层,包括氧化铪和钛及铂金属的薄层。

研究小组发现,在碳纳米管的上方和下方都放置屏蔽层,可以保护晶体管的电性能免受高达10埃德的辐射–这一水平远远高于大多数硅基耐辐射电子设备所能承受的水平。当只在碳纳米管下面放置一个屏蔽罩时,它们被保护到2Mrad,这与商业硅基耐辐射电子产品相当。

最后,为了在制造的简单性和辐射的稳健性之间取得平衡,研究小组用场效应晶体管的底部屏蔽版制造了静态随机存取存储器(SRAM)芯片。正如在晶体管上进行的实验一样,这些存储芯片具有与硅基SRAM器件相似的X射线辐射阈值。

研究人员说,这些结果表明,碳纳米管场效应晶体管,特别是双屏蔽的场效应晶体管,可以成为下一代太空探索电子产品的一个有希望的补充。

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