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中国航天事业的飞速发展对电子元器件的算力与抗辐射能力提出了更高的要求。碳纳米管电子元器件在高算力集成电路制备方向具备广阔的发展潜力，且具备远超传统硅基器件的抗电离总剂量辐照能力，满足深空探测任务对芯片寿命达到数年乃至数十年的需求。然而，空间中的高能重离子对碳纳米管器件的损伤效应与机理还鲜有研究。
近日，中科院微电子所李博研究员团队与北京大学张志勇教授、中科院近物所刘杰研究员团队合作，首次完成碳纳米管场效应晶体管高能重离子损伤效应机理分析。课题组制备了具备高ĸ栅介质的顶栅碳纳米管场效应管，开展了高能氙离子辐照测试，结果显示碳纳米管场效应管的抗位移损伤能力≥1012 ions/cm2（图1），较硅基器件呈数量级提升；采用局部变量控制实验、跨尺度数值仿真等手段，明确了高ĸ栅介质是诱发器件功能失效的关键区域，45纳米碳纳米管器件位移损伤失效非电离能损阈值≥2.8×1013MeV/g（图2），是制备高性能宇航芯片的优选材料体系。
图1：顶栅碳纳米管器件重离子辐照试验与成果
图2：碳纳米管场效应管重离子位移损伤机理
研究成果以《Heavy Ion Displacement Damage Effect in Carbon Nanotube Field Effect Transistors》为题，于2月15日在线发表于美国化学会旗下的ACS Applied Materials & Interfaces期刊。中科院微电子所陆芃副研究员与南京大学朱马光助理教授为文章共同第一作者，中科院微电子所李博研究员、北京大学张志勇教授与中科院近物所刘杰研究员为共同通讯作者。
原文链接
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c20005
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