碳納米管集成電路綜合抗輻照性能研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

2022

最新進(jìn)展

隨著航天事業(yè)的飛速發(fā)展，載人登月和太陽系探測等新一代宇航任務(wù)對電子器件的性能提出了更高的要求，而空間中嚴(yán)酷的高能粒子-宇宙射線產(chǎn)生的電離總劑量、單粒子以及位移損傷復(fù)合輻照環(huán)境是宇航芯片面臨的主要威脅?，F(xiàn)有研究顯示，碳基電子器件具備遠(yuǎn)超傳統(tǒng)硅基器件的抗電離總劑量輻照能力，可滿足深空探測任務(wù)對芯片壽命長達(dá)數(shù)年乃至數(shù)十年的需求，但是關(guān)于碳基器件單粒子效應(yīng)、位移損傷效應(yīng)以及復(fù)合輻照效應(yīng)等的研究未見相關(guān)報(bào)道，因此我們難以系統(tǒng)評估碳基器件和集成電路的綜合抗輻照能力。

近日，北京大學(xué)電子學(xué)院碳基電子學(xué)研究中心、納米器件物理與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張志勇課題組與中科院微電子所李博研究員、中科院國家空間科學(xué)中心陳睿副研究員合作，基于碳納米管晶體管和靜態(tài)隨機(jī)存儲器單元，利用激光輻照源測試碳基集成電路抗單粒子輻照能力，利用重離子輻照源測試碳基集成電路抗位移損傷能力，利用Co-60 伽馬射線源測試碳基集成電路抗電離總劑量輻照能力，系統(tǒng)揭示了碳納米管場效應(yīng)晶體管中的總劑量輻照、單粒子和位移損傷三種輻照損傷機(jī)理，探索了碳納米管電子器件綜合抗輻照效應(yīng)能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所構(gòu)建的碳納米管晶體管和靜態(tài)隨機(jī)存儲器電路可承受104MeV cm2mg-1等效激光單粒子輻照，2.8×1013MeV g-1的位移損傷輻照以及2 Mrad（Si）的電離總劑量輻照，其綜合抗輻照能力優(yōu)于硅基器件四倍以上，充分展示了碳納米管電子器件在抗輻照領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

相關(guān)成果以題為《碳納米管電子器件超強(qiáng)綜合抗輻照能力研究》（Ultra-Strong Comprehensive Radiation Effect Tolerance in Carbon Nanotube Electronics）的論文，于11月11日在線發(fā)表于《Small》（Small 2022, 2204537），北京大學(xué)電子學(xué)院朱馬光博士后、中科院微電子所陸芃博士后和中科院國家空間科學(xué)中心博士生王璇為共同第一作者，北京大學(xué)電子學(xué)院張志勇教授、中科院微電子所李博研究員和中科院國家空間科學(xué)中心陳睿副研究員為共同通訊作者。

本工作得到了國家自然科學(xué)基金、北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目以及中國博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持，上述成果系統(tǒng)揭示了碳納米管電子器件的輻照損傷機(jī)理，充分展示了碳基集成電路在抗輻照領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢，有望用于航空航天以及深空探測等領(lǐng)域。

圖1：碳納米管電子器件綜合輻照效應(yīng)響應(yīng)機(jī)理

圖2：碳基集成電路激光單粒子輻照測試

圖3：碳納米管電子器件綜合抗輻照能力測試

原文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202204537

審核編輯 ：李倩