En lokalt etsad back-gated field effect transistor (FET) struktur med ett deponerat dielektriskt lager. Tjocka dielektriska skikt är mycket känsliga för strålningsinducerad laddningsuppbyggnad, vilket är känt för att orsaka tröskelspänningsförskjutningar och ökat läckage i metalloxidhalvledarenheter (MOS). För att mildra dessa effekter, det dielektriska skiktet etsas lokalt i det aktiva området av den bakåtstyrda FET. Ett dielektriskt grindmaterial avsätts sedan (avbildat i rött) över hela substratet. Upphovsman:U.S. Naval Research Laboratory
U.S. Naval Research Laboratorys elektronikvetenskapliga och tekniska ingenjörer visar förmågan hos enkelväggiga kolnanorörstransistorer (SWCNT) att överleva den hårda rymdmiljön, undersöka effekterna av joniserande strålning på de kristallina strukturerna och ytterligare stödja utvecklingen av SWCNT-baserad nanoelektronik för användning i tuffa strålningsmiljöer.
"En av de främsta utmaningarna för rymdelektronik är att minska känsligheten för långvarig exponering för strålning som finns i de laddade partikelbanden som omger jorden, " sa Cory Cress, materialforskningsingenjör. "Detta är de första kontrollerade demonstrationerna som visar liten prestandaförsämring och hög tolerans mot kumulativ joniserande strålningsexponering."
Strålningseffekter har två former, övergående effekter och kumulativa effekter. Den tidigare, kallas enkeleffekttransienter (SET), resultat av ett direkt slag av en joniserande partikel i rymden som orsakar en strömpuls i enheten. Om denna puls fortplantar sig genom kretsen kan den orsaka datakorruption som kan vara extremt skadlig för någon som förlitar sig på den signalen, till exempel en person som använder GPS för navigering. NRL-forskare har nyligen förutspått att sådana effekter nästan elimineras för SWCNT-baserad nanoelektronik på grund av deras ringa storlek, Låg densitet, och inneboende isolering från angränsande SWCNTs i en enhet.
De kumulativa effekterna i traditionell elektronik beror på instängda laddningar i oxidernas enheter, inklusive gateoxiden och de som används för att isolera intilliggande enheter, den senare är den primära källan till strålningsinducerad prestandaförsämring i toppmoderna komplementära metall-oxid-halvledare (CMOS)-enheter. Effekten manifesteras som ett skift i spänningen som behövs för att slå på eller av transistorn. Detta resulterar initialt i strömläckage, men kan så småningom orsaka fel på hela kretsen.
Genom att utveckla en SWCNT -struktur med en tunn gate -oxid tillverkad av tunn kiseloxynitrid, NRL-forskare visade nyligen SWCNT-transistorer som inte lider av sådana strålningsinducerade prestandaförändringar. Detta härdade dielektriska material och naturligt isolerade endimensionella SWCNT-struktur gör dem extremt strålningstoleranta.
Möjligheten för SWCNT-baserade transistorer att vara både toleranta mot övergående och kumulativa effekter möjligen möjliggör framtida rymdelektronik med mindre redundans och felkorrigeringskretsar, samtidigt som man bibehåller samma kvalitet av trohet. Enbart denna minskning av overhead skulle avsevärt minska effekten och förbättra prestandan jämfört med befintliga rymdelektroniska system även om de SWCNT-baserade transistorerna fungerar i samma hastighet som nuvarande teknologier. Ännu större fördelar kan förutses i framtiden, när enheter utvecklas som överträffar prestanda hos kiselbaserade transistorer.
