2022

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隨著航天事業的飛速發展，載人登月和太陽系探測等新一代宇航任務對電子器件的性能提出了更高的要求，而空間中嚴酷的高能粒子-宇宙射線產生的電離總劑量、單粒子以及位移損傷復合輻照環境是宇航芯片面臨的主要威脅。現有研究顯示，碳基電子器件具備遠超傳統硅基器件的抗電離總劑量輻照能力，可滿足深空探測任務對芯片壽命長達數年乃至數十年的需求，但是關于碳基器件單粒子效應、位移損傷效應以及復合輻照效應等的研究未見相關報道，因此我們難以系統評估碳基器件和集成電路的綜合抗輻照能力。

近日，北京大學電子學院碳基電子學研究中心、納米器件物理與化學重點實驗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中心陳睿副研究員合作，基于碳納米管晶體管和靜態隨機存儲器單元，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，系統揭示了碳納米管場效應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理，探索了碳納米管電子器件綜合抗輻照效應能力。實驗結果顯示，所構建的碳納米管晶體管和靜態隨機存儲器電路可承受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域的應用潛力。

相關成果以題為《碳納米管電子器件超強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日在線發表于《Small》（Small 2022, 2204537），北京大學電子學院朱馬光博士后、中科院微電子所陸芃博士后和中科院國家空間科學中心博士生王璇為共同第一作者，北京大學電子學院張志勇教授、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基金、北京市科技計劃項目以及中國博士后科學基金等項目的支持，上述成果系統揭示了碳納米管電子器件的輻照損傷機理，充分展示了碳基集成電路在抗輻照領域的巨大優勢，有望用于航空航天以及深空探測等領域。

圖1：碳納米管電子器件綜合輻照效應響應機理

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