Structure de transistor à effet de champ (FET) à grille arrière gravée localement avec une couche diélectrique déposée. Les couches diélectriques épaisses sont très sensibles à l'accumulation de charge induite par le rayonnement, qui est connu pour provoquer des décalages de tension de seuil et une fuite accrue dans les dispositifs à semi-conducteur à oxyde métallique (MOS). Pour atténuer ces effets, la couche diélectrique est gravée localement dans la région active du FET à grille arrière. Un matériau diélectrique de grille est ensuite déposé (représenté en rouge) sur l'ensemble du substrat. Crédit :Laboratoire de recherche naval des États-Unis
Les ingénieurs en sciences et technologies électroniques du Laboratoire de recherche naval des États-Unis démontrent la capacité des transistors à nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) à survivre à l'environnement spatial difficile, étudier les effets des rayonnements ionisants sur les structures cristallines et soutenir davantage le développement de nanoélectronique à base de SWCNT pour une utilisation dans des environnements de rayonnement difficiles.
"L'un des principaux défis de l'électronique spatiale est d'atténuer la susceptibilité d'une exposition prolongée au rayonnement qui existe dans les ceintures de particules chargées qui entourent la Terre, " dit Cory Cress, ingénieur de recherche en matériaux. "Ce sont les premières démonstrations contrôlées montrant une faible dégradation des performances et une tolérance élevée à l'exposition cumulative aux rayonnements ionisants."
Les effets des rayonnements prennent deux formes, effets transitoires et effets cumulatifs. L'ancien, appelés transitoires à effet unique (SET), résulter d'un impact direct d'une particule ionisante dans l'espace qui provoque une impulsion de courant dans l'appareil. Si cette impulsion se propage à travers le circuit, cela peut entraîner une corruption des données qui peut être extrêmement préjudiciable à quelqu'un qui s'appuie sur ce signal, comme une personne utilisant le GPS pour la navigation. Les chercheurs du LNR ont récemment prédit que de tels effets sont presque éliminés pour la nanoélectronique à base de SWCNT en raison de leur petite taille, faible densité, et l'isolement inhérent des SWCNT voisins dans un appareil.
Les effets cumulatifs en électronique traditionnelle résultent des charges piégées dans les oxydes des appareils, y compris l'oxyde de grille et ceux utilisés pour isoler les dispositifs adjacents, ce dernier étant la principale source de dégradation des performances induite par le rayonnement dans les dispositifs à semi-conducteurs complémentaires métal-oxyde (CMOS) de pointe. L'effet se manifeste par un décalage de la tension nécessaire pour activer ou désactiver le transistor. Cela se traduit initialement par une fuite de puissance, mais peut éventuellement provoquer une défaillance de l'ensemble du circuit.
En développant une structure SWCNT avec un oxyde de grille mince fait d'oxynitrure de silicium mince, Les chercheurs du LNR ont récemment démontré que les transistors SWCNT ne souffrent pas de tels changements de performances induits par les rayonnements. Ce matériau diélectrique durci et la structure SWCNT unidimensionnelle naturellement isolée les rendent extrêmement tolérants aux rayonnements.
La capacité des transistors SWCNT à être à la fois tolérants aux effets transitoires et cumulatifs permet potentiellement une future électronique spatiale avec moins de circuits de redondance et de correction d'erreurs, tout en conservant la même qualité de fidélité. Cette réduction des frais généraux réduirait considérablement la puissance et améliorerait les performances par rapport aux systèmes électroniques spatiaux existants, même si les transistors à base de SWCNT fonctionnent à la même vitesse que les technologies actuelles. Des avantages encore plus importants sont prévisibles à l'avenir, une fois que des dispositifs sont développés qui dépassent les performances des transistors à base de silicium.
