Ученые приблизились к созданию космической электроники нового поколения
Ученые МИЭТа разработали метод точного контроля работы микросхем, используемых в экстремальных условиях космоса. По их мнению, это поможет в разработке нового класса вакуумных нанотранзисторов, не чувствительных к радиации и высокой температуре. Результат представлен в Sensors and Actuators A: Physical.
Миниатюризация элементов современной электроники ведет к росту ее уязвимости: при отсутствии соответствующих мер защиты вывести ее из строя или вызвать случайные системные сбои может экстремальная температура, воздействие «жесткого» излучения или поток тяжелых частиц, объяснили специалисты МИЭТа.
При уменьшении устройств ниже 10 нанометров электронные элементы становятся наиболее чувствительны к внешнему воздействию, добавили в вузе. Их использование в космическом пространстве становится практически невозможным, поскольку даже в наземной аппаратуре на таких размерах могут наблюдаться аномальные программные ошибки и увеличивается вероятность нестабильной работы, добавили в НИУ МИЭТ.
«Это связано с высокой чувствительностью суб-10 нм полупроводниковых транзисторов к одиночным радиационным эффектам и эффектам смещения из-за воздействия космических лучей: наземный поток нейтронов на уровне моря может вызывать необратимые структурные дефекты кристаллической решетки. В результате происходит повреждение, обуславливающее изменение подвижности носителей заряда и сдвиг рабочих напряжений, что приводит к непредвиденным ошибкам и делает поведение микросхем непредсказуемым», — рассказал начальник Научно-исследовательской лаборатории «Моделирование и разработка устройств нано- микросистемной техники» НИУ МИЭТ Глеб Демин.
Замена полупроводникового канала, по которому переносится заряд в КМОП транзисторах, вакуумным зазором позволяет увеличить их быстродействие и надежность: электроны не соударяются с решеткой, что увеличивает скорость их переноса, а электрический ток в зазоре менее чувствителен к радиационным и тепловым эффектам, добавил ученый.
Для генерации стабильного тока при меньшем энергопотреблении в таких вакуумных нанотранзисторах вместо катода с одним центром испускания (эмиссии) электронов — острием — можно использовать плотный массив таких элементов, объяснил Демин. Однако наблюдение за работой и предсказание характеристик такого многоострийного катода из-за большого числа элементов в матрице является сложной задачей.
Ученым НИУ МИЭТ с коллегами из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН удалось разработать эффективный способ контроля за поведением катода на основе массива кремниевых эмиттеров электронов в реальном времени. Отслеживание «жизненного цикла» как массива в целом, так и отдельных его элементов позволило выявить, какие участки катодной структуры важны для стабильной работы транзистора с вакуумным зазором.
«Достигнутые результаты могут быть использованы для разработки нового класса вакуумных нанотранзисторов и компактных электронных источников на основе многоострийных полупроводниковых катодов. Кроме того, наши данные позволяют лучше согласовать теорию с практикой и более точно рассчитать реальные, эффективные параметры разрабатываемых транзисторов с вакуумным зазором», — прокомментировал специалист.
В будущем ученые планируют применить полученные знания в анализе фундаментальных процессов, протекающих в вакуумных транзисторах в наномасштабе, а также при конструировании других перспективных устройств вакуумной наноэлектроники, таких как микрофокусные рентгеновские трубки и радиочастотные усилители сигнала.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-22-00443).
Источник: РИА Новости