Kulstof nanorør kan hjælpe elektronik til at modstå barske forhold i det ydre rum

Rummissioner, såsom NASAs Orion, der vil tage astronauter til Mars, skubber grænserne for menneskelig udforskning. Men under deres transit støder rumfartøjer på en kontinuerlig strøm af ødelæggende kosmisk stråling, som kan skade eller endda ødelægge elektronik ombord. For at forlænge fremtidige missioner rapporterer forskere i ACS Nano viser, at transistorer og kredsløb med kulstof nanorør kan konfigureres til at bevare deres elektriske egenskaber og hukommelse efter at være blevet bombarderet af store mængder stråling.

Levetiden og afstanden for dybe rummissioner er i øjeblikket begrænset af energieffektiviteten og robustheden af ​​den teknologi, der driver dem. For eksempel kan hård stråling i rummet beskadige elektronik og forårsage datafejl eller endda få computere til at bryde fuldstændigt ned. En mulighed er at inkludere kulstof-nanorør i udbredte elektroniske komponenter, såsom felteffekttransistorer. Disse enkelt-atom-tykke rør forventes at gøre transistorer mere energieffektive sammenlignet med mere banebrydende silicium-baserede versioner. I princippet skulle den ultra-lille størrelse af nanorørene også være med til at reducere de virkninger, som stråling ville have, når de rammer hukommelseschips, der indeholder disse materialer. Imidlertid er strålingstolerancen for kulstof-nanorør-felteffekttransistorer ikke blevet undersøgt i vid udstrækning. Så Pritpal Kanhaiya, Max Shulaker og kolleger ønskede at se, om de kunne konstruere denne type felteffekttransistorer til at modstå høje niveauer af stråling og bygge hukommelseschips baseret på disse transistorer.

For at gøre dette deponerede forskerne kulstofnanorør på en siliciumwafer som det halvledende lag i felteffekttransistorer. Derefter testede de forskellige transistorkonfigurationer med forskellige niveauer af afskærmning, bestående af tynde lag af hafniumoxid og titanium og platinmetal, rundt om det halvledende lag. Holdet fandt ud af, at placering af skjolde både over og under kulstofnanorørene beskyttede transistorens elektriske egenskaber mod indkommende stråling op til 10 Mrad - et niveau, der er meget højere, end de fleste siliciumbaserede strålingstolerante elektronik kan håndtere. Når et skjold kun blev placeret under kulstofnanorørene, blev de beskyttet op til 2 Mrad, hvilket kan sammenlignes med kommerciel siliciumbaseret strålingstolerant elektronik. Endelig, for at opnå en balance mellem fremstillingsenkelhed og strålingsrobusthed, byggede holdet static random-access memory (SRAM)-chips med den nederste skjoldversion af felteffekttransistorerne. Ligesom med eksperimenter udført på transistorerne, havde disse hukommelseschips en lignende røntgenstrålingstærskel som siliciumbaserede SRAM-enheder.

Disse resultater indikerer, at kulstof-nanorør-felteffekttransistorer, især dobbeltskærmede, kunne være en lovende tilføjelse til næste generations elektronik til rumudforskning, siger forskerne. + Udforsk yderligere

Strålingsimmune og reparerbare chips til fremstilling af holdbar elektronik