نانولوله‌های کربنی

نانولوله‌های کربنی می‌توانند به ادوات الکترونیکی کمک کنند تا جلوی اثرات مخرب تشعشعات کیهانی مقاومت کنند

ماموریت‌های فضایی مانند صور فلکی شکارچی (اوریون) ناسا که فضانوردان از آن برای رفتن به مریخ استفاده می‌کنند، ماموریت‌هایی هستند که نشان می‌دهند انسان‌ها  با محدودیت‌های زیادی در اکتشافات فضایی رو به رو هستند.  در طی رفت و آمد فضانوردان از زمین به فضا، فضاپیماها با تشعشعات کیهانی مخربی که به صورت پیوسته و ادامه دار هستند، مواجه می‌شوند. این رویارویی، می‌تواند به ادواتی که  روی بردهای الکترونیکی نصب هستند،  آسیب برساند یا حتی آن‌ها را نابود کند. برای افزایش ماموریت‌های آینده، محققان گزارشی از نانو ACS ارائه کردند که نشان می‌دهد که ترانزیستورها و مدارهایی که با نانولوله‌های کربنی پیکربندی شده باشند، ویژگی‌ها و حافظه الکتریکی آن‌ها حتی پس از بمباران شدن با مقدار زیادی از تشعشعات حفظ می‌شود. طول عمر و فاصله ماموریت‌های فضایی طولانی در حال حاضر به دلیل بازده انرژی و قدرت  تکنولوژی درایوینگ کم، محدودیت دارند. برای مثال تشعشعات شدید در فضا می‌تواند به ادوات الکترونیکی آسیب برساند و باعث شود داده‌ها دچار مشکل شوند و یا حتی باعث می‌شود کامپیوترها از کار بیفتند. یکی از راه حل‌های موجود، به کارگیری نانولوله‌های کربنی است که می‌توان از آن‌ها به طور گسترده در اجزای الکترونیکی مانند ترانزیستورهای اثر میدانی استفاده کرد. استفاده از لوله‌های ضخیم تک اتمی باعث می‌شود ترانزیستور، انرژی موثر بیشتری در مقایسه با ورژن‌های برپایه سیلیکون معمولی داشته باشد.

در اصل اندازه بسیار کوچک نانولوله‌ها باید به کاهش اثرات تشعشعات در هنگامی که چیپ حافظه به طور قابل توجهی دارای این مواد باشند، کمک کند.  به هر حال تلورانس نانولوله‌های کربنی ترانزیستورهای اثر میدانی  در برابر تشعشعات، هنوز آن‌چنان که باید مورد توجه قرار نگرفته است. بنابراین پریپتال کانهایا، مکس شولاکر و همکارانشان می‌خواستند نوعی از ترانزیستورهای اثرمیدانی را طراحی کنند که مقاومت بالایی دربرابر تشعشعات داشته باشد و چیپ‌های حافظه‌ای بسازند که برپایه این ترانزیستورها باشد. برای انجام این کار، محققان نانولوله‌های کربنی را روی یک ویفر سیلیکونی به عنوان لایه نیمه‌هادی در ترانزیستورهای اثرمیدانی قرار دادند و سپس آن‌ها، ترانزیستورها را با پیکربندی‌هایی که دارای سطوح مختلفی از حفاظ  بودند، تست کردند. این لایه حفاظ شامل لایه نازکی از اکسید هافنیوم و فلز پلاتینیوم و تیتانیوم پیرامون لایه نیمه هادی بود.

پس از انجام این تست‌ها، تیم متوجه شد که قرار دادن ۲ محافظ دربالا و پایین نانولوله‌های کربنی از خواص الکتریکی ترانزیستورها دربرابر ورود تشعشعات تا ۱۰Mrad  محافظت می‌کند که سطح بسیار بالایی از ظرفیت تحمل اداوات الکترونیکی معمولی برپایه سیلیکونی است.

هنگامی که  تنها محافظ در زیر نانولوله‌های کربنی قرار داده شود، در این صورت ادوات الکترونیکی قادرند تا ۲Mrad  دربرابر تشعشعات مقاومت کنند. در حالی که در مقایسه با تجهیزات الکترونیکی تجاری که برپایه سیلیکون هستند، مقدار قابل توجهی است.

سرانجام آن‌ها به یک  تعادل نسبی بین سادگی ساخت و مقدار مقاومت دربرابر تشعشعات دست یافتند. تیم حافظه دسترسی تصادفی ایستا (SRAM) را با ورژن حفاظ زیری در چیپ ترانزیستورهای اثر میدانی ساخت. مانند آزمایش‌هایی که برروی ترانزیستورها انجام شد، این چیپ‌های حافظه آستانه تشعشعات X-RAY مشابه با دستگاه‌های SRAM سیلیکونی داشتند. این نتایج نشان می‌دهد که ترانزیستورهای اثرمیدانی نانولوله‌های کربنی می‌توانند امید بیشتری برای نسل جدید ادوات الکترونیکی برای اکتشافات فضایی در آینده باشند، مخصوصا ترانزیستورهایی که دارای دو لایه محافظ هستند.

پیام بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *