“十四五”和未來我國深空和太陽系邊界探測等航天任務(wù)實施對宇航用集成電路在惡劣復(fù)雜的深空輻射環(huán)境下的抗輻射能力提出了嚴苛的要求，元器件的抗輻射能力成為制約深空探測任務(wù)設(shè)計的關(guān)鍵因素之一。碳基信息電子器件具有高遷移率、超薄、高熱導(dǎo)率等優(yōu)異的物理性能是下一代先進半導(dǎo)體器件典型代表，也是我國自主可控發(fā)展集成電路技術(shù)的重要選擇。國內(nèi)外已有研究報道，碳基器件天然具有較強的抗總劑量能力，可滿足深空探測任務(wù)對芯片壽命達到數(shù)年乃至數(shù)十年的需求，其有望成為支撐國家航天基礎(chǔ)設(shè)施抗空間輻射環(huán)境高水平應(yīng)用的核心物質(zhì)基礎(chǔ)。但是針對碳基器件空間應(yīng)用面臨的單粒子輻射問題目前尚未見公開報道，嚴重制約了碳基器件在空間輻射環(huán)境中的布局應(yīng)用。因此，揭示碳基器件單粒子效應(yīng)機理和響應(yīng)特性，提高抗單粒子效應(yīng)輻射能力使之滿足航天工程技術(shù)發(fā)展需求就成為亟待解決的關(guān)鍵問題。

圖1. 近地和深空輻射環(huán)境特征

國家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國家重點實驗室陳睿副研究員、韓建偉研究員團隊與北京大學(xué)電子學(xué)院張志勇教授課題組、中科院微電子所李博研究員課題組合作，針對碳納米管晶體管和靜態(tài)隨機存儲器單元，利用空間中心自主建立的脈沖激光模擬重離子試驗裝置、質(zhì)子與電子加速器和集成電路試驗與仿真平臺，在國際上首次揭示了碳納米管場效應(yīng)晶體管和存儲單元單粒子效應(yīng)損傷機理和響應(yīng)特性。相關(guān)成果以題為《Ultra-Strong Comprehensive Radiation Effect Tolerance in Carbon NanotubeElectronics》的論文，聯(lián)合發(fā)表于國際期刊《Small》（IF：15.15），空間中心博士生王璇和陳睿副研究員為共同一作和共同通訊作者。

研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管器件和電路柵區(qū)域?qū)瘟Ｗ有?yīng)敏感，且損傷機制與傳統(tǒng)體硅器件單粒子敏感體積收集輻射感生電荷不同，單粒子離化電子受電場作用向源極漂移形成溝道電流（約250ps脈寬的瞬態(tài)電流脈沖），空穴在柵介質(zhì)上累積導(dǎo)致柵電場強度增加是單粒子損傷的主要機制。

圖2碳納米管電子器件單粒子效應(yīng)機理

圖3碳納米管電子器件單粒子效應(yīng)響應(yīng)特征

審核編輯 ：李倩