رقائق مقاومة للإشعاع وقابلة للإصلاح لتصنيع إلكترونيات متينة

رقائق مقاومة للإشعاع وقابلة للإصلاح لتصنيع إلكترونيات متينة

الترانزستورات

للعمل بأمان وموثوقية في البيئات الخارجية، يجب أن تكون الأجهزة الإلكترونية مقاومة لمجموعة متنوعة من العوامل الخارجية، بما في ذلك الإشعاع.

في الواقع، يمكن أن يؤدي الإشعاع عالي الطاقة إلى إتلاف العديد من مكونات ترانزستورات التأثير الميداني (FETs) المستخدمة بشكل شائع في صناعة الإلكترونيات، بما في ذلك القناة فائقة التوصيل وأكسيد البوابة والمواد العازلة المحيطة بها (على سبيل المثال، العزل أو أكاسيد الركيزة).

منذ عدة سنوات، حاولت فرق البحث في جميع أنحاء العالم ابتكار استراتيجيات يمكن أن تجعل الترانزستورات أكثر مقاومة للإشعاع.

ومع ذلك، فقد ثبت أن هذا يمثل تحديًا كبيرًا حتى الآن، ولم يحقق سوى عدد قليل من التقنيات المقترحة في الماضي نتائج واعدة.

قام باحثون في جامعة بكين والأكاديمية الصينية للعلوم وجامعة شنغهاي للتكنولوجيا مؤخرًا بتصنيع دائرة متكاملة صلبة بالإشعاع وقابلة للإصلاح (IC) تعتمد على ترانزستورات الأنابيب النانوية الكربونية مع بوابات هلام أيوني. يمكن استخدام هذا IC، الذي تم تقديمه لأول مرة في ورقة منشورة مسبقًا في Nature Electronics، لبناء أجهزة إلكترونية جديدة أكثر مقاومة للإشعاع عالي الطاقة.

قال Zhiyong Zhang، أحد الباحثين الذين أجروا الدراسة، لـ TechXplore: “عملنا يهدف إلى تحقيق نوع من IC المناعي للإشعاع”.

“بالإضافة إلى الرقائق ذات الأغراض العامة، فإن المتطلبات على الأجهزة الكهربائية المصلدة بالإشعاع والدوائر المتكاملة تنمو بسرعة بسبب التطورات السريعة في استكشاف الفضاء وصناعات الطاقة النووية.”

تم تصميم معظم الاستراتيجيات المقترحة سابقًا لجعل الإلكترونيات أكثر مقاومة للإشعاع لتصلب المكونات الفردية فقط للجزء الإلكتروني.

نتيجة لذلك، قد يكون من الصعب استخدامها لإنشاء ترانزستورات ودوائر متكاملة مقاومة تمامًا للإشعاع الفائق.

في ورقتهم البحثية، قدم تشانغ وزملاؤه إستراتيجية جديدة تمكن من تحقيق الترانزستورات والدوائر المتكاملة المحصنة تمامًا من الأضرار المرتبطة بالإشعاع.

النهج الذي ابتكروه يستلزم بشكل أساسي إعادة تصميم جميع الأجزاء المعرضة للخطر من FETs واستخدام مواد جديدة أكثر مقاومة للإشعاع.

عملية المعالجة الحرارية “التلدين”

بالإضافة إلى ذلك، قدم الباحثون طريقة لاستعادة FETs عبر عملية المعالجة الحرارية المعروفة باسم التلدين، والتي نفذوها في درجات حرارة معتدلة.

وقال تشانغ “إن الدوائر المتكاملة المصطنعة القائمة على هذا النوع من FET تقدم تحملاً عاليًا للإشعاع يصل إلى 15 Mrad، وهو أعلى بكثير من ترانزستورات سي (1 Mrad)”.

“إن الجمع بين تحمل الإشعاع العالي والقدرة على الاسترداد الحراري يمهد الطريق لتطوير تقنية جديدة من الدوائر المتكاملة المناعية للتلف الإشعاعي.”

يحتوي IC المتصلب بالإشعاع على ترانزستور أنبوب نانوي كربوني شبه موصل (CNT) كقناة، وهلام أيوني كبوابة له وركيزة مصنوعة من بوليميد.

الأنابيب النانوية الكربونية عبارة عن أشباه موصلات مقاومة للإشعاع في جوهرها بسبب روابطها القوية C-C، والمقاطع العرضية النانوية وعددها الذري المنخفض.

لذلك، في دراستهم ركز الباحثون في المقام الأول على محاولة جعل عازل بوابة IC والركيزة أكثر مقاومة للإشعاع.

قال تشانغ: “عند تصميم جهاز المناعة ضد الإشعاع، استوحينا الإلهام من الروبوت المعدني السائل T-1000 في فيلم الخيال العلمي الكلاسيكي” Terminator 2 “.

“استخدمنا عازل بوابة شبه سائل – هلام أيوني وركيزة” شفافة “.

بوابات هلام الأيونات تعزز تكوين EDLs على سطح قناة CNT، مما يوفر كفاءة بوابة أعلى بكثير ويسمح باستعادة البوابة بعد يعاني من أضرار إشعاعية. وفي الوقت نفسه ، من خلال استبدال ركيزة Si / SiO2 لطبقة FET التقليدية بطبقة رقيقة من البوليميد، قمنا بإزالة التأثيرات الناتجة عن تشتت الجسيمات عالية الطاقة وانعكاسها في طبقة ثقيلة وسميكة. “

بالإضافة إلى تطوير IC ذو قدرة تحمل عالية للإشعاع، أعلى بكثير من الترانزستورات التقليدية القائمة على السيليكون، قدم تشانغ وزملاؤه طريقة يمكن استخدامها لاستعادة FETs التي تضررت من الإشعاع.

وبشكل أكثر تحديدًا، وجدوا أن FETs المتضررة من الإشعاع يمكن إصلاحها عن طريق التلدين عند درجة حرارة معتدلة تبلغ 100 درجة مئوية لمدة 10 دقائق.

في المستقبل

يمكن لطريقة تصنيع الترانزستورات عالية الطاقة المقاومة للإشعاع والدوائر المتكاملة التي ابتكرها هذا الفريق من الباحثين أن تمكن من تطوير إلكترونيات متينة وأكثر قوة يمكن أن تعمل في بيئات غير عادية وربما تنطوي على مشاكل.

على سبيل المثال، يمكن استخدام IC الذي طوروه لإنشاء إلكترونيات يمكن إرسالها إلى الفضاء أو أجهزة لصناعة الطاقة النووية.

وأضاف تشانغ “إن الترانزستورات والدوائر المتكاملة الموضحة في هذا العمل هي مجرد نماذج أولية”.

“سنحاول الآن تحسين أداء وكثافة التكامل لـ IC عن طريق توسيع نطاق CNT FETs وتحسين الهيكل والعملية. في الواقع، هذا النوع من IC المقوى بالإشعاع له قيمة عملية فقط إذا وصل أدائه وكثافته إلى عتبات معينة. “

يمكن قراءة المزيد من الابتكارات والاختراعات المختلفة من خلال الضغط هنا

للاطلاع على المزيد من المواضيع وأبرز المقالات عبر موقع سجلات الأردن اضغط هنا