時間：2024年4月7日下午4：00-5：30
地點：玉泉校區(qū)教十一515教室
報告人：朱馬光，南京大學集成電路學院 助理教授/特聘研究員
隨著航天事業(yè)的飛速發(fā)展，載人登月和太陽系探測等新一代宇航任務對電子器件的性能提出了更高的要求，而空間中嚴酷的高能粒子-宇宙射線產(chǎn)生的電離總劑量、單粒子以及位移損傷復合輻照環(huán)境是宇航芯片面臨的主要威脅1 。現(xiàn)有研究顯示，碳基電子器件具備遠超傳統(tǒng)硅基器件的抗電離總劑量輻照能力2-4，可滿足深空探測任務對芯片壽命長達數(shù)年乃至數(shù)十年的需求，但是關(guān)于碳基器件單粒子效應、位移損傷效應以及復合輻照效應等的研究未見相關(guān)報道，因此我們難以系統(tǒng)評估碳基器件和集成電路的綜合抗輻照能力。
本工作基于碳納米管晶體管和靜態(tài)隨機存儲器單元，利用激光輻照源測試碳基集成電路抗單粒子輻照能力，利用重離子輻照源測試碳基集成電路抗位移損傷能力，利用Co-60伽馬射線源測試碳基集成電路抗電離總劑量輻照能力，系統(tǒng)揭示了碳納米管場效應晶體管中的總劑量輻照、單粒子和位移損傷三種輻照損傷機理，首次探索了碳納米管電子器件綜合抗輻照效應能力5。實驗結(jié)果顯示，所構(gòu)建的碳納米管晶體管和靜態(tài)隨機存儲器電路可承受104 MeV cm2 mg-1等效激光單粒子輻照，2.8×1013 MeV g-1的位移損傷輻照以及2 Mrad（Si）的電離總劑量輻照，其綜合抗輻照能力優(yōu)于硅基器件四倍以上，充分展示了碳納米管電子器件在抗輻照領(lǐng)域的應用潛力。
朱馬光，南京大學集成電路學院助理教授/特聘研究員，姑蘇青年創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。本科畢業(yè)于南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院，2020年獲北京大學前沿交叉學科研究院理學博士學位，師從彭練矛院士。2021年-2022年于北京大學碳基電子學研究中心張志勇—彭練矛課題組任博雅博士后。多年來圍繞后摩爾時代新型低維納米材料制備、高性能碳納米管集成電路、抗輻照集成電路以及柔性可穿戴電子器件方向開展了多項原創(chuàng)工作。至今在包括Nature Electronics, Advanced Materials等期刊發(fā)表多篇學術(shù)論文，一項研究成果獲得2020-2021年度蘇州市自然科學優(yōu)秀學術(shù)論文一等獎。
Comprehensive Radiation Effect Tolerance in Carbon Nanotube Integrated Circuits
Maguang Zhu 1,2*, Zhiyong Zhang 2*
1School of Integrated Circuits, Nanjing University, Nanjing, 210033, China
2Key Laboratory for the Physics and Chemistry of Nanodevices and Center for Carbon-based Electronics, School of Electronics, Peking University, Beijing100871, China
*Email: mgzhu@nju.edu.cn; zyzhang@pku.edu.cn
Carbon nanotube (CNT) field-effect transistors (FETs) have been considered ideal building blocks for radiation-hard integrated circuits (ICs), the demand for which is exponentially growing, especially in outer space exploration and the nuclear industry. Many studies on the radiation tolerance of CNT-based electronics have focused on the total ionizing dose (TID) effect, while few works have considered the single event effects (SEEs) and displacement damage (DD) effect, which are more difficult to measure but may be more important in practical applications. Measurements of the SEEs and DD effect of CNT FETs and ICs are first executed and then presented a comprehensive radiation effect analysis of CNT electronics. The CNT ICs without special irradiation reinforcement technology exhibit a comprehensive radiation tolerance, including a 1×104 MeVcm2 mg-1 level of the laser-equivalent threshold linear energy transfer (LET) for SEEs, 2.8 × 1013 MeV g-1 for DD and 2 Mrad (Si) for TID, which are at least four times higher than those in conventional radiation-hardened ICs. The ultrahigh intrinsic comprehensive radiation tolerance will promote the applications of CNT ICs in high-energy solar and cosmic radiation environments.
