Ученые приблизились к созданию космической электроники нового поколения

Эксперты Национального исследовательского университета "МИЭТ" (НИУ МИЭТ) подчеркивают, что миниатюризация элементов современной электроники приводит к увеличению ее уязвимости.

Воздействие экстремальной температуры, "жесткого" излучения и потока тяжелых частиц может привести к выходу из строя или случайным сбоям в системе.

Ученые НИУ МИЭТ разработали метод точного контроля работы микросхем, предназначенных для использования в условиях космоса. Они утверждают, что это открывает новые перспективы для создания вакуумных нанотранзисторов нового класса, которые будут устойчивы к радиации и высокой температуре.

По мнению специалистов, представленных в журнале Sensors and Actuators A: Physical, разработанный метод контроля является важным шагом в области обеспечения надежности и стабильности работы электроники в условиях экстремальных воздействий.

При уменьшении размеров устройств до менее чем 10 нанометров, электронные элементы становятся особенно чувствительными к воздействию внешних факторов, отметили в исследовании. Это означает, что использование таких микроэлементов в космическом пространстве становится крайне проблематичным из-за возможных аномалий и ошибок в работе. Даже на Земле, при таких масштабах, возникают трудности с программными сбоями и устойчивостью работы, подчеркнули в университете.

"Причина заключается в чрезвычайной чувствительности полупроводниковых транзисторов размером менее 10 нм к радиационным воздействиям и сдвигам из-за космических лучей", - пояснили специалисты. Они отметили, что даже небольшой поток нейтронов на уровне моря может вызвать необратимые повреждения в кристаллической решетке и структуре элементов. В результате, стабильная и надежная работа таких устройств становится под угрозой.

В современных микросхемах нано-микросистемной техники возникают непредвиденные ошибки из-за повреждений, которые вызывают изменение подвижности носителей заряда и сдвиг рабочих напряжений. Это делает поведение микросхем непредсказуемым, по словам Глеба Демина, начальника Научно-исследовательской лаборатории "Моделирование и разработка устройств" в НИУ МИЭТ.

Ученый рассказал о том, что замена полупроводникового канала в КМОП транзисторах вакуумным зазором способствует увеличению быстродействия и надежности этих устройств. Электроны в вакуумном зазоре не сталкиваются с решеткой, что ускоряет их перемещение, а электрический ток становится менее чувствительным к радиационным и тепловым воздействиям.

Эффективность микросхем можно значительно повысить, используя инновационные подходы к конструкции и материалам, что сделает их работу более стабильной и предсказуемой.

Эффективный способ контроля за поведением катода на основе массива кремниевых эмиттеров электронов в реальном времени был разработан учеными НИУ МИЭТ совместно с коллегами из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН. Этот метод позволяет генерировать стабильный ток при сниженном энергопотреблении в вакуумных нанотранзисторах, используя плотный массив элементов вместо одного центра испускания электронов.

Демин объяснил, что наблюдение за работой и предсказание характеристик многоострийного катода представляет собой сложную задачу из-за большого числа элементов в матрице. Однако благодаря новому методу контроля, ученым удалось значительно упростить этот процесс и обеспечить более стабильную работу нанотранзисторов.

Исследование "жизненного цикла" как общего массива, так и отдельных компонентов, позволило выявить ключевые участки катодной структуры, необходимые для стабильной работы транзистора с вакуумным зазором. Эти результаты открывают новые перспективы для разработки инновационных вакуумных нанотранзисторов и компактных электронных источников на основе многоострийных полупроводниковых катодов. Кроме того, полученные данные помогут улучшить соответствие между теорией и практикой, а также точнее определить реальные, эффективные параметры создаваемых транзисторов с вакуумным зазором, заявил специалист.

В современном мире ученые активно исследуют возможности применения новых знаний для анализа фундаментальных процессов, происходящих в вакуумных транзисторах в наномасштабе. Эти исследования имеют большое значение для разработки перспективных устройств вакуумной наноэлектроники, таких как микрофокусные рентгеновские трубки и радиочастотные усилители сигнала.

Кроме того, ученые планируют использовать полученные результаты для создания более эффективных технологий и устройств, способных революционизировать современную электронику и медицинскую диагностику.

Работа над этим проектом осуществлена благодаря поддержке Российского научного фонда (грант № 24-22-00443).

Источник и фото - ria.ru