پژوهشگرانی از آزمایشگاه تحقیقات دریایی آمریکا اثبات کردهاند که ترانزیستورهای نانولوله کربنی تکجداره میتوانند جهت استفاده در محیط یونیزهکننده و ناملایم فضا ایدهآل باشند.
ترانزیستورهای نانولولهای در راه فضا
ترانزیستورهای نانولوله کربنی تکجداره که شامل یک لایه دیالکتریکی درگاه از جنس اکسینیترید سیلیکون هستند، میتوانند جهت استفاده در محیط یونیزهکننده و ناملایم فضا ایدهآل باشند. پژوهشگرانی از آزمایشگاه تحقیقات دریایی آمریکا اثبات کردهاند که این افزارهها در برابر تابش گاما به بزرگی Mrad ۲ مقاوم هستند.
ترانزیستورهای لایه نازک نانولوله کربنی تکدیواره معمولی مانند ترانزیستورهای اثر میدانی سیلیکونی به تابش یونیزهکننده حساس هستند. این اثر از گیراندازی حفره در لایه دیالکتریک درگاه اکسید سیلیکون نشات میگیرد. برای فائق آمدن به این مسئله، کوری کریس و همکارانش ترانزیستورهای لایه نازک نانولوله کربنی تکدیوارهی مقاوم در برابر تابشی ساختهاند که شامل لایه دیالکتریک درگاه اکسینیترید سیلیکون (SiON) بوده و حساسیت کمتری به تابش دارد.
به نظر میآید لایه SiON، به خاطر گیراندازی پایین و اینکه تمایل به گیراندازی حفره و الکترون دارد، حساسیت کمتری به تابش داشته باشد. این امر باعث خنثی بودن بار القاء شده تابشی میشود و از اینرو اثر کمی بر روی خواص انتقالی این ترانزیستورهای نانولولهای دارد.
شمایی از ساختار این ترانزیستور نانولولهای مقاوم در برابر تابش که دارای یک ناحیه درگاه-پشتی موضعی پرشده با یک لایه دیالکتریک درگاهی از جنس اکسینیترید سیلیکون (زرد) است. خطوط پشتی نشانگر نانولولههای تکجداره بوده و بهصورت خطوط سفید در تصویر تفکیک شده میکروسکوپ الکترونی پیمایشگر ظاهر شدهاند.
این پژوهشگران اولین کسانی هستند که نشان دادند چنین ترانزیستورهای نانولوله تکجدارهای به تابش گامای کبالت ۶۰ تا میزان Mrad ۲ مقاوم هستند.
میدان مغناطیسی زمین ذرات باردار پرانرژی را در دو کمربند تابشی چنبرهای، بنام کمربندهای وال آلن، به دام میاندازد. یک فضاپیما در حین چرخش به دور زمین مکررا از این کمربندها عبور میکند و در معرض مقادیر بالایی از تابش یونیزهکننده ناشی از پروتونها و الکترونهای پرانرژی قرار میگیرد. کریس توضیح میدهد که پژوهشگران میتوانند مشابه این تابش را با استفاده از پرتوهای گامای کبالت ۶۰ در یک آزمایشگاه تولید کنند.
کریس گفت: «نانولولههای تکجداره مثل نیمهرساناها تأثیر دائمی از تابش گاما نمیگیرند زیرا پرتوهای گاما با الکترونهای ماده برهمکنش میکنند و باعث تحریک سریع بار و واهلش سریع آن میشوند و بههمین دلیل نانولولههای تکجداره بدون آسیب میماند، با اینحال، پرتوهای گاما میتوانند با تحریک الکترون با انرژیای که از آستانه جابجایی بیشتر است (در بازه keV ۱۲۰-۹۰ برای نانولولههای تکجداره) بهطور غیرمستقیم شبکه بلوری چنین نانولولههایی را مختل کنند، این عمل متعاقبا باعث جابجایی یک اتم کربن از شبکه میشود.» او افزود احتمال اینکه چنین رخدادهایی در مواد مذکور در تابش Mrad ۲ اتفاق بیافتند خیلی ضعیف است.
برای اکثر افزارههای الکترونیکی حامل- اکثریت، هنگامی که لایههای دیالکتریک و ایزوله درگاه در معرض تابش قرار گیرند، بارها را گیراندازی میکنند و باعث میشوند که کارآیی افزاره پایین آید. کریس گفت: «افزارههای ما به خاطر لایه دیالکتریک درگاهی سخت شدهای که ساختهایم از تابش متاثر نمیشوند.»
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجلهی IEEE Trans. Nucl. Sci., MRS Commun. and Electronics منتشر کردهاند.
