Rymduppdrag, som NASA:s Orion som kommer att ta astronauter till Mars, tänjer på gränserna för mänsklig utforskning. Men under sin transit stöter rymdfarkoster på en kontinuerlig ström av skadlig kosmisk strålning, som kan skada eller till och med förstöra elektroniken ombord. För att förlänga framtida uppdrag rapporterar forskare i ACS Nano visa att transistorer och kretsar med kolnanorör kan konfigureras för att behålla sina elektriska egenskaper och minne efter att ha bombarderats av stora mängder strålning.

Livslängden och avståndet för djupa rymduppdrag begränsas för närvarande av energieffektiviteten och robustheten hos den teknik som driver dem. Till exempel kan hård strålning i rymden skada elektronik och orsaka datafel, eller till och med få datorer att gå sönder helt. En möjlighet är att inkludera kolnanorör i mycket använda elektroniska komponenter, såsom fälteffekttransistorer. Dessa enatomtjocka rör förväntas göra transistorer mer energieffektiva jämfört med mer avancerade kiselbaserade versioner. I princip bör nanorörens extremt lilla storlek också bidra till att minska effekterna som strålning skulle ha när man träffar minneschips som innehåller dessa material. Strålningstoleransen för kolnanorörsfälteffekttransistorer har dock inte studerats i stor omfattning. Så Pritpal Kanhaiya, Max Shulaker och kollegor ville se om de kunde konstruera den här typen av fälteffekttransistorer för att motstå höga nivåer av strålning och bygga minneschips baserade på dessa transistorer.

För att göra detta deponerade forskarna kolnanorör på en kiselskiva som det halvledande skiktet i fälteffekttransistorer. Sedan testade de olika transistorkonfigurationer med olika nivåer av skärmning, bestående av tunna lager av hafniumoxid och titan och platinametall, runt det halvledande lagret. Teamet fann att placering av sköldar både ovanför och under kolnanorören skyddade transistorns elektriska egenskaper mot inkommande strålning upp till 10 Mrad - en nivå som är mycket högre än den mest kiselbaserade strålningstoleranta elektroniken kan hantera. När en sköld endast placerades under kolnanorören, skyddades de upp till 2 Mrad, vilket är jämförbart med kommersiell kiselbaserad strålningstolerant elektronik. Slutligen, för att uppnå en balans mellan enkel tillverkning och strålningstålighet, byggde teamet static random-access memory (SRAM)-chips med bottenskyddsversionen av fälteffekttransistorerna. Precis som med experiment utförda på transistorerna hade dessa minneschips en liknande tröskelvärde för röntgenstrålning som kiselbaserade SRAM-enheter.

Dessa resultat indikerar att kolnanorörsfälteffekttransistorer, särskilt dubbelskärmade, kan vara ett lovande tillägg till nästa generations elektronik för utforskning av rymden, säger forskarna. + Utforska vidare

Strålningsimmuna och reparerbara chips för att tillverka hållbar elektronik