碳纳米管场效应晶体管在空间辐射环境中的特性与应用研究

空间辐射环境效应是目前导致在轨航天器中电子器件异常和失效的重要原因，因此，制备和研究抗辐射性能强的新型电子器件是目前航天界十分关注的热点和难点。本项目以具有密度低、原子系数小和截面积小等特点的碳纳米管为研究对象，研究辐射下有序和无序碳纳米管薄膜及其场效应晶体管的结构与性能，验证碳纳米管薄膜场效应晶体管在空间辐射环境中应用的适应性。本项目旨在揭示有序和无序碳纳米管薄膜及其晶体管在辐射下的性能变化规律，明确辐射下碳纳米管管间共价键关联对材料性能的影响，建立材料性能与器件性能之间的关联，指导碳纳米管场效应晶体管结构和参数优化，提出碳纳米管薄膜材料与器件的损伤抑制新途径和新方法，为基于碳纳米管的场效应晶体管器件在空间环境中的应用奠定理论与技术基础。

研制和开发抗辐射的电子器件对于提高航天器的寿命和可靠性具有重要的意义。在本基金的资助下，我们利用有序和无序碳纳米管薄膜制备出n型、p型和双极型碳纳米管场效应晶体管，测量了辐照下沟道中碳纳米管电导、迁移率和缺陷的变化，研究了辐照对碳纳米管晶体管器件阈值电压和漏电流的影响。我们发现经过小剂量（低于100krad）辐照后，碳纳米管场效应晶体管性能会达到相对稳定状态；同时，我们通过设计不同结构碳纳米管晶体管，分析了吸附气体、界面电荷和碳管交叠对晶体管辐射后性能的影响，得到大剂量辐照下性能稳定度n型有序和p型无序碳纳米管场效应晶体管。这些实验研究结果证明了利用碳纳米管作为基本材料制备性能稳定的抗辐射晶体管器件的可行性，对设计、制备和优化抗辐照碳纳米管CMOS器件具有积极的指导意义。