Tecnologia resistente alla radiazione cosmica

Secondo gli scienziati i nanotubi di carbonio potrebbero aiutare la tecnologia ad aumentare la resistenza alle radiazioni dello spazio esterno.

L'elettronica per le applicazioni spaziali ha requisiti rigorosi sia per le prestazioni che sulla tolleranza alle radiazioni. La costante esposizione alla radiazione cosmica danneggia e alla fine distrugge l'elettronica, limitando la durata della vita di tutte le missioni legate allo spazio. Così, come le missioni spaziali crescono sempre più ambiziose in distanza dalla terra, e quindi il tempo nello spazio, l'elettronica che li guida deve anche diventare sempre più tollerante alle radiazioni.

Per estendere le future missioni, i ricercatori, che hanno divulgato la loro ricerca in ACS Nano (1) evidenziano che i transistor a effetto campo Nanotube (CNT) di carbonio (CNFETs), sono candidati leader per l'elettronica ad alta efficienza energetica, possono essere strategicamente progettati per realizzare simultaneamente una solida tecnologia tollerante alla radiazione cosmica.

La durata della vita e la distanza delle missioni nello spazio profondo dipendono attualmente dall'efficienza energetica e dalla robustezza della tecnologia che li guida. Ad esempio, l'elevata radiazione nello spazio può danneggiare l'elettronica e compromettere il flusso dei dati, o anche rendere i computer totalmente non operativi. Una possibilità per evitare queste problematiche è includere nanotubi di carbonio in componenti elettronici ampiamente utilizzati, come transistor a effetto campo.

Questi tubi a spessore singolo sono progettati per rendere i transistor più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alle versioni basate sul carbonio. In linea di principio, le dimensioni ultra-piccole dei nanotubi dovrebbero anche aiutare a ridurre gli effetti che le radiazioni provocano nel momento in cui irradiano i chip di memoria contenenti questi materiali. Tuttavia, la tolleranza alle radiazioni per i transistor in carbonio ad effetto di campo non è stata ampiamente studiata. Quindi, il dottor Pritpal Kanhaiya, (2) il dottor Max M. Shulaker (3) e i colleghi hanno voluto verificare se potevano applicare delle modifiche a questo tipo di transistor in carbonio ad effetto di campo per renderlo più resistenti ad alti livelli di radiazione.

Gli scienziati hanno dimostrato che i CNFETs tolleranti alle radiazioni sfruttano entrambi i vantaggi di CNFET estrinsechi a causa delle geometrie del dispositivo CNFET abilitate dalla loro fabbricazione a bassa temperatura, nonché i vantaggi intrinsechi del CNFET a causa delle proprietà del materiale dei CNTs'.

Eseguendo uno studio completo e l'ottimizzazione delle geometrie del dispositivo CNFET, si è dimostrata la tolleranza di dosaggio ionizzante del record CNFET (TID) (oltre 10 Mrad(Si)) e si mostra l'upset testing transitorio sulle metal-oxide-semiconductor (CMOS) CNFET-based 6T SRAM memories mediante X-ray prompt dose testing (threshold dose rate = 1.3 × 1010 rad(Si)/s). Questo lavoro dimostra il potenziale di CNFETs' come tecnologia per applicazioni spaziali di prossima generazione.

Gli autori riconoscono finanziamenti dal laboratorio di ricerca di U.S. Air Force Research Laboratory e l'Analog Devices, Inc.

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Riferimenti:

(1) Carbon Nanotubes for Radiation-Tolerant Electronics

(2) Pritpal Kanhaiya

(3) Max M. Shulaker

Descrizione foto: Un chip di memoria è stato fatto di transistor con nanotubi di carbonio che mantenevano le loro proprietà elettriche e la memoria dopo essere stato bombardato da elevate quantità di radiazioni. - Credit: Adapted from ACS Nano 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c04194.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Carbon nanotubes could help electronics withstand outer space’s harsh conditions