Les missions spatiales, comme Orion de la NASA qui emmènera les astronautes sur Mars, repoussent les limites de l'exploration humaine. Mais pendant leur transit, les engins spatiaux rencontrent un flux continu de rayonnement cosmique nocif, qui peut endommager ou même détruire l'électronique embarquée. Pour prolonger les futures missions, les chercheurs rapportant dans ACS Nano montrent que les transistors et les circuits avec des nanotubes de carbone peuvent être configurés pour conserver leurs propriétés électriques et leur mémoire après avoir été bombardés par de grandes quantités de rayonnement.

La durée de vie et la distance des missions dans l'espace lointain sont actuellement limitées par l'efficacité énergétique et la robustesse de la technologie qui les pilote. Par exemple, un rayonnement puissant dans l'espace peut endommager l'électronique et provoquer des problèmes de données, voire même faire tomber complètement les ordinateurs. Une possibilité est d'inclure des nanotubes de carbone dans des composants électroniques largement utilisés, tels que des transistors à effet de champ. Ces tubes d'un seul atome d'épaisseur devraient rendre les transistors plus économes en énergie par rapport aux versions à base de silicium plus courantes. En principe, la taille ultra-petite des nanotubes devrait également aider à réduire les effets que les rayonnements auraient lors de la frappe de puces mémoire contenant ces matériaux. Cependant, la tolérance aux rayonnements des transistors à effet de champ à nanotubes de carbone n'a pas été largement étudiée. Ainsi, Pritpal Kanhaiya, Max Shulaker et leurs collègues ont voulu voir s'ils pouvaient concevoir ce type de transistor à effet de champ pour résister à des niveaux élevés de rayonnement et construire des puces de mémoire basées sur ces transistors.

Pour ce faire, les chercheurs ont déposé des nanotubes de carbone sur une plaquette de silicium comme couche semi-conductrice dans les transistors à effet de champ. Ensuite, ils ont testé différentes configurations de transistors avec différents niveaux de blindage, constitués de fines couches d'oxyde d'hafnium et de titane et de platine métallique, autour de la couche semi-conductrice. L'équipe a découvert que placer des écrans au-dessus et en dessous des nanotubes de carbone protégeait les propriétés électriques du transistor contre les radiations entrantes jusqu'à 10 Mrad, un niveau bien supérieur à ce que la plupart des composants électroniques tolérants aux radiations à base de silicium peuvent supporter. Lorsqu'un écran n'était placé que sous les nanotubes de carbone, ils étaient protégés jusqu'à 2 Mrad, ce qui est comparable à l'électronique commerciale tolérante aux radiations à base de silicium. Enfin, pour atteindre un équilibre entre la simplicité de fabrication et la robustesse au rayonnement, l'équipe a construit des puces de mémoire vive statique (SRAM) avec la version à blindage inférieur des transistors à effet de champ. Tout comme pour les expériences réalisées sur les transistors, ces puces de mémoire avaient un seuil de rayonnement X similaire à celui des dispositifs SRAM à base de silicium.

Ces résultats indiquent que les transistors à effet de champ à nanotubes de carbone, en particulier ceux à double blindage, pourraient être un ajout prometteur à l'électronique de prochaine génération pour l'exploration spatiale, selon les chercheurs. + Explorer plus loin

Puces résistantes aux radiations et réparables pour fabriquer des composants électroniques durables