NRL demonstrerer høj holdbarhed af nanorørtransistorer til barske rummiljøer

U.S. Naval Research Laboratorys elektronikvidenskabs- og teknologiingeniører demonstrerer evnen af ​​enkeltvæggede kulstof-nanorørtransistorer (SWCNT'er) til at overleve det barske rummiljø, at undersøge virkningerne af ioniserende stråling på de krystallinske strukturer og yderligere understøtte udviklingen af ​​SWCNT-baseret nanoelektronik til brug i barske strålingsmiljøer.

"En af de primære udfordringer for rumelektronik er at afbøde modtageligheden for langvarig eksponering for stråling, der findes i de ladede partikelbælter, der omkranser Jorden, " sagde Cory Cress, materialeforskningsingeniør. "Dette er de første kontrollerede demonstrationer, der viser ringe ydeevneforringelse og høj tolerance over for kumulativ eksponering for ioniserende stråling."

Strålingseffekter antager to former, forbigående effekter og kumulative effekter. Den tidligere, benævnt enkelteffekttransienter (SET'er), skyldes et direkte angreb af en ioniserende partikel i rummet, der forårsager en strømimpuls i enheden. Hvis denne puls forplanter sig gennem kredsløbet, kan det forårsage datakorruption, der kan være ekstremt skadelig for en person, der er afhængig af det signal, såsom en person, der bruger GPS til navigation. NRL-forskere har for nylig forudsagt, at sådanne effekter næsten er elimineret for SWCNT-baseret nanoelektronik på grund af deres lille størrelse, lav densitet, og iboende isolation fra tilstødende SWCNT'er i en enhed.

De kumulative effekter i traditionel elektronik skyldes indespærrede ladninger i enhedernes oxider, inklusive gate-oxidet og dem, der bruges til at isolere tilstødende enheder, sidstnævnte er den primære kilde til strålingsinduceret ydeevneforringelse i state-of-the-art komplementære metal-oxid-halvleder-enheder (CMOS). Effekten kommer til udtryk som et skift i den spænding, der er nødvendig for at tænde eller slukke for transistoren. Dette resulterer i første omgang i strømlækage, men kan i sidste ende forårsage fejl i hele kredsløbet.

Ved at udvikle en SWCNT-struktur med et tyndt gateoxid fremstillet af tyndt siliciumoxynitrid, NRL-forskere har for nylig demonstreret SWCNT-transistorer, der ikke lider af sådanne strålingsinducerede præstationsændringer. Dette hærdede dielektriske materiale og naturligt isolerede endimensionelle SWCNT-struktur gør dem ekstremt strålingstolerante.

Evnen for SWCNT-baserede transistorer til at være både tolerante over for transiente og kumulative effekter muliggør potentielt fremtidig rumelektronik med mindre redundans og fejlkorrektionskredsløb, samtidig med at den samme kvalitet af troskab bevares. Denne reduktion i overhead alene ville i høj grad reducere strømmen og forbedre ydeevnen i forhold til eksisterende rum-elektroniske systemer, selvom de SWCNT-baserede transistorer opererer med samme hastighed som nuværende teknologier. Endnu større fordele kan forudses i fremtiden, når der først er udviklet enheder, der overstiger ydeevnen af ​​siliciumbaserede transistorer.