Транзисторы на основе нанотрубок пригодны для космических условий

Тонкопленочные транзисторы, построенные на основе обычных однослойных углеродных нанотрубок, чувствительны к ионизирующему излучению, точно также, как полевые транзисторы на основе кремния.

Однослойные углеродные нанотрубки, как полупроводники, не восприимчивы к ионизирующему излучению. Излучение взаимодействует с электронами в материале, что приводит к быстрому возбуждению, а затем – к релаксации атомов. Таким образом, сами углеродные нанотрубки остаются не поврежденными. Но основная причина неработоспособности тонкопленочных транзисторов в подобных условиях заключается в эффекте «застревания» дырок проводимости в диэлектрическом затворе.

Для большинства электронных устройств со временем такое воздействие приводит к снижению производительности.

Чтобы преодолеть эту проблему, группа ученых из US Naval Research Laboratory (США) создала альтернативную конструкцию устройства – так называемые радиационно-устойчивые тонкопленочные транзисторы, построенные на базе однослойных углеродных нанотрубок (SWCNT-TFT). Предложенная ими конструкция подразумевает использование оксинитрида в качестве диэлектрического затвора, т.к. это вещество менее подвержено изменениям под действием ионизирующего излучения. Таким образом, излучение практически не влияет на транспорт заряда в разработанном тонкопленочном транзисторе.

Серия экспериментов, проведенных учеными, показала, что созданные ими транзисторы устойчивы к гамма-излучению суммарной дозы 2 МРад. Чисто теоретически ионизирующее излучение, конечно, может косвенно повредить кристаллическую структуру однослойных углеродных нанотрубок, сначала обеспечив возбуждение атома до энергии выше порога смещения, а затем – вытеснив атом из кристаллической решетки. Но, как показали исследования, для излучения в 2 МРад вероятность этого события не велика.

Стоит отметить, что интерес к подобному уровню излучения вызван наличием у нашей планеты так называемых поясов Ван Алена – областей тороидальной формы, в которых удерживаются и накапливаются заряженные частицы из космических лучей. Энергетический спектр и углы падения лучей в этих поясах и были смоделированы в лаборатории. Таким образом, доказанная работоспособность устройств на базе созданных транзисторов в поясах Ван Алена означает их применимость для космических программ.

Команда отмечает, что на данный момент разработанные ими транзисторы работают в режиме диффузионного транспорта носителей заряда, в котором электроны и дырки проводимости многократно рассеиваются на всевозможных объектах: дефектах кристаллической решетки нанотрубок, их границах, фононах. Таким образом, именно дефекты контролируют, каким образом устройства проводят заряд и реагируют на излучение.

Ученые считают, что в будущем в транзисторах на базе одностенных углеродных нанотрубок будет задействован другой режим транспорта заряда – баллистический. В результате определяющую роль с точки зрения проводимости будут играть металлические контакты устройства. В будущем исследователи планируют направить свои усилия на работу именно в этом направлении.

Результаты своей работы исследователи опубликовали в журналах IEEE Transactions on Nuclear Science и MRS Communications and Electronics.

Источник(и):

1. sci-lib.com

2. nanotechweb.org