Учёные сделали значительный шаг к разработке революционной космической электроники нового поколения
Учёные НИУ МИЭТ создали метод точного мониторинга функционирования микросхем, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях космического пространства. По их мнению, такая разработка способствует появлению нового поколения вакуумных нанотранзисторов, которые обладают устойчивостью к воздействию радиации и высоким температурам.
Результаты работы были опубликованы в журнале Sensors and Actuators A: Physical. Миниатюризация компонентов современной электроники ведёт к увеличению её уязвимости: без соответствующих защитных мер приборы подвержены выходу из строя или случайным системным неполадкам при воздействии экстремально высоких температур, интенсивного радиационного излучения или потока тяжёлых частиц, пояснили специалисты Национального исследовательского университета «МИЭТ».
Когда размеры устройств опускаются ниже 10 нанометров, электронные компоненты становятся крайне восприимчивыми к внешним воздействиям, отметили в университете. Такая чувствительность значительно ограничивает возможности их применения в космосе, поскольку даже на наземной технике при подобных размерах могут возникать аномальные программные сбои и увеличивается риск нестабильного функционирования, дополнили эксперты НИУ МИЭТ.
«Снижение размеров полупроводниковых транзисторов до менее чем 10 нм делает их чрезвычайно восприимчивыми к одиночным радиационным событиям и смещениям, вызванным космическим излучением. Даже поток нейтронов на уровне моря способен создавать необратимые повреждения в кристаллической решётке, что ведёт к ухудшению подвижности зарядовых носителей и сдвигу рабочих напряжений — в итоге появляются неожиданные ошибки, а поведение микросхем становится непредсказуемым», — пояснил руководитель Научно-исследовательской лаборатории «Моделирование и разработка устройств нано-микросистемной техники» НИУ МИЭТ Глеб Демин.
Замена традиционного полупроводникового канала, через который перемещаются заряды в КМОП-транзисторах, на вакуумный промежуток способствует увеличению скорости работы и надёжности устройств: электроны не сталкиваются с кристаллической решёткой, что ускоряет их перенос, при этом электрический ток в вакуумном пространстве менее подвержен влиянию радиационных и температурных факторов, добавил учёный. Для формирования стабильного тока при снижении энергозатрат в таких вакуумных нанотранзисторах может применяться не одиночный электронный эмиттер с одной точкой испускания, а плотный массив таких острий, пояснил Демин.
Тем не менее, контроль за работой и прогнозирование параметров подобного многоострийного катода, состоящего из множества элементов, представляет значительную сложность. Учёным НИУ МИЭТ совместно с коллегами из Физико-технического института имени Иоффе РАН удалось разработать эффективный способ наблюдения за поведением массива кремниевых электронных эмиттеров в режиме реального времени. Мониторинг «жизненного цикла» как всего массива, так и отдельных элементов помог выявить ключевые участки конструкции катода, которые обеспечивают стабильное функционирование транзистора с вакуумным зазором.
«Полученные результаты открывают возможности для создания нового поколения вакуумных нанотранзисторов и компактных электронных устройств.