Ống nano carbon có thể giúp thiết bị điện tử chịu được bức xạ vũ trụ gây hại của không gian bên ngoài

Các sứ mệnh không gian, chẳng hạn như Orion của NASA sẽ đưa các phi hành gia lên sao Hỏa , đang đẩy giới hạn khám phá của con người. Nhưng trong quá trình di chuyển, các tàu vũ trụ gặp phải một luồng bức xạ vũ trụ có tính sát thương liên tục, có thể gây hại hoặc thậm chí phá hủy các thiết bị điện tử trên tàu. Để mở rộng các sứ mệnh trong tương lai, các nhà nghiên cứu báo cáo trong ACS Nano cho thấy rằng các bóng bán dẫn và mạch với ống nano carbon có thể được cấu hình để duy trì các đặc tính điện và bộ nhớ của chúng sau khi bị bắn phá bởi lượng bức xạ cao.

Thời gian tồn tại và khoảng cách của các sứ mệnh không gian sâu hiện đang bị giới hạn bởi hiệu quả năng lượng và tính mạnh mẽ của công nghệ thúc đẩy chúng. Ví dụ, bức xạ khắc nghiệt trong không gian có thể làm hỏng thiết bị điện tử và gây ra trục trặc dữ liệu, hoặc thậm chí làm cho máy tính bị hỏng hoàn toàn.

Một khả năng là đưa các ống nano carbon vào các linh kiện điện tử được sử dụng rộng rãi, chẳng hạn như các bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Các ống đơn nguyên tử này được kỳ vọng sẽ làm cho các bóng bán dẫn tiết kiệm năng lượng hơn so với các phiên bản dựa trên silicon khác. Về nguyên tắc, kích thước siêu nhỏ của các ống nano cũng sẽ giúp giảm tác động của bức xạ khi tác động vào các chip nhớ có chứa các vật liệu này. Tuy nhiên, khả năng chịu bức xạ đối với bóng bán dẫn hiệu ứng trường ống nano cacbon vẫn chưa được nghiên cứu rộng rãi. Vì vậy, Pritpal Kanhaiya, Max Shulaker và các đồng nghiệp muốn xem liệu họ có thể thiết kế loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường này để chịu được mức độ bức xạ cao và xây dựng chip nhớ dựa trên bóng bán dẫn này hay không.

Để làm được điều này, các nhà nghiên cứu đã đặt các ống nano carbon trên một tấm silicon làm lớp bán dẫn trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Sau đó, họ thử nghiệm các cấu hình bóng bán dẫn khác nhau với nhiều mức độ che chắn khác nhau, bao gồm các lớp mỏng oxit hafnium và kim loại titan và bạch kim, xung quanh lớp bán dẫn.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng việc đặt các tấm chắn cả bên trên và bên dưới các ống nano carbon đã bảo vệ các đặc tính điện của bóng bán dẫn chống lại bức xạ tới 10 Mrad – mức cao hơn nhiều so với hầu hết các thiết bị điện tử chịu bức xạ dựa trên silicon có thể xử lý. Khi một tấm chắn chỉ được đặt bên dưới các ống nano carbon, chúng được bảo vệ tới 2 Mrad, có thể so sánh với các thiết bị điện tử chịu bức xạ dựa trên silicon thương mại.

Cuối cùng, để đạt được sự cân bằng giữa tính đơn giản trong chế tạo và độ mạnh của bức xạ, nhóm đã xây dựng các chip bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh (SRAM) với phiên bản lá chắn dưới cùng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Cũng giống như các thí nghiệm được thực hiện trên bóng bán dẫn, các chip nhớ này có ngưỡng bức xạ tia X tương tự như các thiết bị SRAM dựa trên silicon.

Các kết quả này chỉ ra rằng các bóng bán dẫn hiệu ứng trường ống nano cacbon, đặc biệt là các bóng bán dẫn được bảo vệ kép, có thể là một bổ sung đầy hứa hẹn cho các thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo để khám phá không gian, các nhà nghiên cứu cho biết.

Tham khảo: “Ống nano carbon cho điện tử chịu bức xạ” của Pritpal S. Kanhaiya, Andrew Yu, Richard Netzer, William Kemp, Derek Doyle và Max M. Shulaker, ngày 27 tháng 10 năm 2021, ACS Nano .
DOI: 10.1021 / acsnano.1c04194

Các tác giả thừa nhận tài trợ từ Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Hoa Kỳ và Thiết bị Tương tự, Inc.

Theo Scitechdaily