Китайцы нашли путь к радиационно-стойкой электронике — они сделали её прозрачной для излучения
Исследователи из Университета Фудань, Китай, представили революционный подход к созданию радиационно-стойкой электроники космического назначения. Обычные чипы повреждаются космическими частицами, тогда как их можно сделать как бы невидимыми для излучения. Для этого рабочий слой транзисторов должен быть толщиной с атом, через который заряженная частица пролетит не задерживаясь в нём и не вызывая повреждений.
Для своего эксперимента учёные создали систему связи на основе монослоя двумерного дисульфида молибдена (2D MoS₂). Для этого на 10-сантиметровой пластине монокристаллического монослоя MoS₂ они изготовили полнофункциональные радиопередатчики и приёмники. Система работала в диапазоне 12–18 ГГц и полностью функционировала как средство космической связи. В процессе создания демонстрационного устройства учёные проработали все этапы производства — от выращивания материала и осаждения металлических слоёв до формирования транзисторных каналов и их изоляции.
Лабораторные тесты на облучение гамма-лучами в дозах до 10 Мрад (Si) продемонстрировали практически полное отсутствие деградации характеристик транзисторов: соотношение токов включения и выключения оставалось высоким, а утечки — минимальными.
В завершение было проведено самое убедительное испытание — реальные орбитальные тесты. Устройство запустили на спутнике на низкую околоземную орбиту (порядка 517 км), где оно проработало без заметной деградации девять месяцев. За это время уровень битовых ошибок (BER) при передаче данных стабильно удерживался ниже 10⁻⁸ — значительно лучше стандартных требований для космической связи. Система успешно передавала данные, включая, например, гимн университета. Это подтвердило впечатляющую радиационную стойкость технологии в реальных условиях космического пространства.
Авторы прогнозируют, что в ещё более жёстких условиях геостационарной орбиты (где радиационный фон существенно выше) такие 2D-полупроводники способны проработать около 270 лет. Тем самым эта работа открывает перспективы для создания сверхлёгкой, компактной и долговечной электроники, способной выжить в условиях глубокого космоса, на высоких орбитах и во время длительных межпланетных миссий, где традиционные кремниевые решения быстро выходят из строя и требуют серьёзной (и тяжёлой!) радиационной защиты. А ведь для вывода супердорогого спутника из строя иногда достаточно всего одной шальной космической частицы.