Una estructura de transistor de efecto de campo (FET) con puerta trasera grabada localmente con una capa dieléctrica depositada. Las capas dieléctricas gruesas son altamente susceptibles a la acumulación de carga inducida por radiación, que se sabe que causa cambios de voltaje de umbral y aumento de fugas en dispositivos semiconductores de óxido metálico (MOS). Para mitigar estos efectos, la capa dieléctrica está grabada localmente en la región activa del FET con puerta trasera. Luego se deposita un material dieléctrico de compuerta (representado en rojo) sobre todo el sustrato. Crédito:Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.
Los ingenieros de ciencia y tecnología electrónica del Laboratorio de Investigación Naval de los EE. UU. Demuestran la capacidad de los transistores de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) para sobrevivir en el duro entorno espacial. investigando los efectos de la radiación ionizante en las estructuras cristalinas y apoyando aún más el desarrollo de nanoelectrónica basada en SWCNT para su uso en entornos de radiación hostil.
"Uno de los principales desafíos para la electrónica espacial es mitigar la susceptibilidad a la exposición prolongada a la radiación que existe en los cinturones de partículas cargadas que rodean la Tierra, "dijo Cory Cress, ingeniero de investigación de materiales. "Estas son las primeras demostraciones controladas que muestran poca degradación del rendimiento y alta tolerancia a la exposición acumulada a la radiación ionizante".
Los efectos de la radiación adoptan dos formas, efectos transitorios y efectos acumulativos. El primero, denominados transitorios de efecto único (SET), son el resultado de un impacto directo de una partícula ionizante en el espacio que provoca un pulso de corriente en el dispositivo. Si este pulso se propaga a través del circuito, puede causar daños en los datos que pueden ser extremadamente perjudiciales para alguien que depende de esa señal. como una persona que usa GPS para navegar. Los investigadores de NRL han predicho recientemente que tales efectos están casi eliminados para la nanoelectrónica basada en SWCNT debido a su pequeño tamaño. baja densidad, y aislamiento inherente de los SWCNT vecinos en un dispositivo.
Los efectos acumulativos en la electrónica tradicional son el resultado de cargas atrapadas en los óxidos de los dispositivos, incluyendo el óxido de la puerta y los utilizados para aislar dispositivos adyacentes, siendo esta última la principal fuente de degradación del rendimiento inducida por la radiación en los dispositivos semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS) de última generación. El efecto se manifiesta como un cambio en el voltaje necesario para encender o apagar el transistor. Esto inicialmente da como resultado una fuga de energía, pero eventualmente puede causar fallas en todo el circuito.
Al desarrollar una estructura SWCNT con un óxido de puerta delgado hecho de oxinitruro de silicio delgado, Los investigadores de NRL demostraron recientemente transistores SWCNT que no sufren tales cambios de rendimiento inducidos por la radiación. Este material dieléctrico endurecido y la estructura SWCNT unidimensional naturalmente aislada los hace extremadamente tolerantes a la radiación.
La capacidad de los transistores basados en SWCNT de ser tolerantes a los efectos transitorios y acumulativos permite potencialmente la electrónica espacial futura con menos redundancia y circuitos de corrección de errores. manteniendo la misma calidad de fidelidad. Esta reducción en la sobrecarga por sí sola reduciría en gran medida la potencia y mejoraría el rendimiento sobre los sistemas electrónicos espaciales existentes, incluso si los transistores basados en SWCNT funcionan a la misma velocidad que las tecnologías actuales. Se prevén beneficios aún mayores en el futuro, una vez que se desarrollan dispositivos que superan el rendimiento de los transistores basados en silicio.
