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Les nanotubes de carbone pourraient aider l’électronique à résister aux conditions difficiles de l’espace

Une simple modification moléculaire peut améliorer la performances des semi-conducteurs

Les missions spatiales repoussent les limites de l’exploration humaine. Mais au cours de leur transit, les vaisseaux spatiaux rencontrent un flux continu de rayonnements cosmiques nocifs. Des rayonnements qui peuvent endommager ou même détruire l’électronique embarquée. Pour prolonger les missions futures, les chercheurs montrent qu’il est possible de configurer les transistors et les circuits dotés de nanotubes de carbone de manière à conserver leurs propriétés électriques. Une configuration qui peut également conserver sa mémoire après avoir été bombardés par de fortes doses de rayonnement.

La durée de vie et la distance des missions dans l’espace lointain sont actuellement limitées par l’efficacité énergétique. La robustesse de la technologie utilisée constitue également une limite majeure. Par exemple, les fortes radiations dans l’espace peuvent endommager les composants électroniques. Elles peuvent aussi provoquer des pannes de données, voire même faire tomber les ordinateurs en panne. L’une des possibilités consiste à inclure des nanotubes de carbone dans des composants électroniques largement utilisés. Des composants tels que les transistors à effet de champ. Ces tubes d’un seul atome d’épaisseur devraient rendre les transistors plus économes en énergie. Ce, par rapport aux versions plus ordinaires à base de silicium.

En principe, la taille ultra-petite des nanotubes devrait également contribuer à réduire les effets des radiations sur les puces mémoires contenant ces matériaux. Toutefois, la tolérance aux rayonnements des transistors à effet de champ à nanotubes de carbone n’a pas été largement étudiée. Pritpal Kanhaiya, Max Shulaker et leurs collègues ont donc voulu voir s’ils pouvaient préparer ce type de transistor à effet de champ. Le but étant de faire en sorte qu’il résiste à des niveaux élevés de rayonnement. Ils veulent ainsi construire des puces à mémoire basées sur ces transistors.

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Nanotubes de carbone

Pour ce faire, les chercheurs ont déposé des nanotubes de carbone sur une tranche de silicium comme couche semi-conductrice dans les transistors à effet de champ. Ils ont ensuite testé différentes configurations de transistors avec différents niveaux de blindage. Des blindages consistant en de fines couches d’oxyde de hafnium et de titane et de platine métalliques, autour de la couche semi-conductrice.

L’équipe a constaté que le fait de placer des blindages à la fois au-dessus et au-dessous des nanotubes de carbone protégeait les propriétés électriques du transistor contre les rayonnements entrants jusqu’à 10 Mrad. Il s’agit d’un niveau bien supérieur à celui que peuvent supporter la plupart des appareils électroniques. Notamment ceux tolérants les rayonnements à base de silicium. Lorsqu’un écran était placé uniquement sous les nanotubes de carbone, ceux-ci étaient protégés jusqu’à 2 Mrad. Ce qui est comparable à l’électronique commerciale tolérante aux rayonnements à base de silicium.

Enfin, l’équipe a construit des puces de mémoire vive statique (SRAM) avec la version à écran inférieur des transistors à effet de champ. L’objectif étant de trouver un équilibre entre la simplicité de fabrication et la résistance aux rayonnements. Tout comme les expériences réalisées sur les transistors, ces puces mémoires présentaient un seuil de rayonnement X similaire à celui des dispositifs SRAM à base de silicium.

Selon les chercheurs, ces résultats indiquent ce type de transistors de carbone pourraient constituer un ajout prometteur. Un atout majeur, notamment pour la prochaine génération de composants électroniques destinés à l’exploration spatiale.

 

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