Gli ingegneri della scienza e della tecnologia dell'elettronica del Naval Research Laboratory degli Stati Uniti dimostrano la capacità dei transistor a nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT) di sopravvivere al duro ambiente spaziale, studiando gli effetti delle radiazioni ionizzanti sulle strutture cristalline e sostenendo ulteriormente lo sviluppo di nanoelettronica basata su SWCNT per l'uso in ambienti con radiazioni difficili.

"Una delle sfide principali per l'elettronica spaziale è mitigare la suscettibilità dell'esposizione prolungata alle radiazioni che esiste nelle cinture di particelle cariche che circondano la Terra, " ha detto Cory Cress, ingegnere ricerca materiali. "Queste sono le prime dimostrazioni controllate che mostrano un piccolo degrado delle prestazioni e un'elevata tolleranza all'esposizione cumulativa alle radiazioni ionizzanti".

Gli effetti delle radiazioni assumono due forme, effetti transitori ed effetti cumulativi. L'ex, denominati transienti a effetto singolo (SET), risultato di un urto diretto di una particella ionizzante nello spazio che provoca un impulso di corrente nel dispositivo. Se questo impulso si propaga attraverso il circuito può causare la corruzione dei dati che può essere estremamente dannosa per qualcuno che si affida a quel segnale, come una persona che utilizza il GPS per la navigazione. I ricercatori della NRL hanno recentemente previsto che tali effetti sono quasi eliminati per la nanoelettronica basata su SWCNT a causa delle loro piccole dimensioni, bassa densità, e isolamento intrinseco dagli SWCNT vicini in un dispositivo.

Gli effetti cumulativi nell'elettronica tradizionale derivano dalle cariche intrappolate negli ossidi dei dispositivi, compreso l'ossido di gate e quelli utilizzati per isolare i dispositivi adiacenti, quest'ultima è la fonte primaria del degrado delle prestazioni indotto dalle radiazioni nei dispositivi a semiconduttore a ossido di metallo complementare (CMOS) allo stato dell'arte. L'effetto si manifesta come uno spostamento della tensione necessaria per accendere o spegnere il transistor. Ciò si traduce inizialmente in una perdita di potenza, ma può eventualmente causare il guasto dell'intero circuito.

Sviluppando una struttura SWCNT con un sottile ossido di gate costituito da un sottile ossinitruro di silicio, I ricercatori dell'NRL hanno recentemente dimostrato transistor SWCNT che non soffrono di tali cambiamenti di prestazioni indotti dalle radiazioni. Questo materiale dielettrico indurito e la struttura SWCNT unidimensionale naturalmente isolata li rende estremamente tolleranti alle radiazioni.

La capacità dei transistor basati su SWCNT di essere sia tolleranti agli effetti transitori che cumulativi consente potenzialmente l'elettronica spaziale futura con meno ridondanza e circuiti di correzione degli errori, mantenendo la stessa qualità di fedeltà. Questa riduzione del sovraccarico da sola ridurrebbe notevolmente la potenza e migliorerebbe le prestazioni rispetto ai sistemi elettronici spaziali esistenti anche se i transistor basati su SWCNT funzionano alla stessa velocità delle tecnologie attuali. Benefici ancora maggiori sono prevedibili in futuro, una volta sviluppati dispositivi che superano le prestazioni dei transistor a base di silicio.