Radiation-hardened and repairable integrated circuits based on carbon nanotube transistors with ion gel gates

材料科学 晶体管 光电子学 栅氧化层 碳纳米管 CMOS芯片 基质(水族馆) 场效应晶体管 纳米技术 阈值电压 电气工程 电压 海洋学 地质学 工程类
作者
Maguang Zhu,Hongshan Xiao,Gangping Yan,Pengkun Sun,Jianhua Jiang,Zheng Cui,Jianwen Zhao,Zhiyong Zhang,Lian‐Mao Peng
出处
期刊:Nature electronics [Nature Portfolio]
卷期号:3 (10): 622-629 被引量:69
标识
DOI:10.1038/s41928-020-0465-1
摘要

Electronics devices that operate in outer space and nuclear reactors require radiation-hardened transistors. However, high-energy radiation can damage the channel, gate oxide and substrate of a field-effect transistor (FET), and redesigning all vulnerable parts to make them more resistant to total ionizing dose irradiation has proved challenging. Here, we report a radiation-hardened FET that uses semiconducting carbon nanotubes as the channel material, an ion gel as the gate and polyimide as the substrate. The FETs exhibit a radiation tolerance of up to 15 Mrad at a dose rate of 66.7 rad s−1, which is notably higher than the tolerance of silicon-based transistors (1 Mrad). The devices can also be used to make complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS)-like inverters with similarly high tolerances. Furthermore, we show that radiation-damaged FETs can be recovered by annealing at a moderate temperature of 100 °C for 10 min. By using carbon nanotubes as a channel material, an ion gel as a gate and polyimide as a substrate, field-effect transistors can be created that have a high radiation tolerance and can be repaired by annealing.
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