中国科学家在超强抗辐射碳纳米管晶体管研究中取得重大突破

中国科学家在超强抗辐射碳纳米管晶体管研究中取得重大突破

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新浪网

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中国科学院微电子研究所联合北京大学和中科院国家空间科学中心，在超强抗辐射碳纳米管器件与电路研究中取得重大突破。研究团队开发出基于局域底栅的碳纳米管晶体管和静态随机存储器，这些设备在高剂量辐照条件下仍能保持优异性能，综合抗辐射能力是硅基器件的四倍以上。这一突破为下一代宇航芯片的研发开辟了新的技术路径，有望大幅提升航天器电子系统的稳定性和可靠性。

在空间探索和核工业等高能辐射环境中，电子器件面临着严峻的辐射威胁。传统的硅基器件在高辐射环境下容易出现性能退化甚至失效的问题，而碳纳米管晶体管凭借其独特的结构和物理性质，展现出远超硅基器件的抗辐射能力。

研究团队通过系统测试和分析，揭示了碳纳米管晶体管在三种主要辐射效应下的表现：

1. 单粒子效应（SEE）：碳纳米管晶体管可承受高达104 MeV cm2 mg-1的激光等效线性能量传递（LET），远超过常规抗辐射加固集成电路的性能。

2. 位移损伤（DD）：在重离子辐照测试中，碳纳米管器件表现出优异的耐受性，可承受2.8 × 1013 MeV g-1的位移损伤剂量。

3. 电离总剂量（TID）：在Co-60伽马射线辐照测试中，碳纳米管晶体管和静态随机存储器电路可承受高达2 Mrad（Si）的电离总剂量，显著优于现有硅基器件。

除了卓越的抗辐射性能，碳纳米管晶体管还具备其他显著优势：

• 尺寸优势：碳纳米管晶体管在亚10nm尺度下仍能保持优异的电学性能，突破了硅基器件的尺寸限制。

• 功耗优势：与传统硅基器件相比，碳纳米管晶体管具有更低的工作电压和更高的电流密度，可实现更低的功耗。

• 柔性和透明性：碳纳米管材料的柔性和透明性使其在可穿戴设备和透明电子设备中具有广阔的应用前景。

这一突破性研究成果将为宇航芯片技术带来革命性变革。在深空探测、载人航天和卫星通信等任务中，电子器件需要在极端恶劣的辐射环境中长期稳定工作。碳纳米管晶体管的超强抗辐射性能和可靠性，使其成为未来宇航芯片的理想选择。

此外，碳纳米管晶体管技术还有望在其他领域发挥重要作用：

• 核工业：在核反应堆监测和放射性环境探测中，碳纳米管器件的高抗辐射能力将提升设备的可靠性和使用寿命。

• 医疗设备：在放射治疗和医学成像设备中，碳纳米管晶体管可以提高设备的稳定性和安全性。

• 高性能计算：碳纳米管晶体管的高性能和低功耗特性使其在下一代高性能计算系统中具有重要应用前景。

尽管碳纳米管晶体管技术已取得重大突破，但仍面临一些挑战，如材料纯度控制、器件集成度提升和大规模生产技术开发等。未来的研究将聚焦于解决这些问题，推动碳纳米管电子技术向更深层次发展。

随着技术的不断进步，碳纳米管晶体管有望在更多领域展现其独特优势，为人类社会带来深远影响。这一突破不仅展示了中国在前沿科技领域的创新能力，更为未来电子技术的发展开辟了新的方向。