Исследователи из Университета Фудань в Китае разработали инновационный метод создания радиационно-стойкой электроники для космических приложений.
Традиционные чипы подвержены повреждениям от космических частиц, однако новый подход позволяет сделать их как бы невидимыми для этого излучения. Для этого рабочий слой транзисторов должен быть толщиной в один атом, что дает возможность заряженным частицам проходить через него, не вызывая повреждений.
В рамках своих исследований ученые создали систему связи, использующую монослой двумерного дисульфида молибдена (2D MoS₂). На 10-сантиметровой пластине монокристаллического MoS₂ были изготовлены полнофункциональные радиопередатчики и приемники. Система работала в диапазоне частот от 12 до 18 ГГц и успешно функционировала как средство космической связи. В процессе разработки устройства исследователи прошли через все этапы — от выращивания материала и осаждения металлических слоев до формирования транзисторных каналов и их последующей изоляции.
Лабораторные испытания с использованием гамма-лучей в дозах до 10 Мрад (Si) показали практически полное отсутствие ухудшения характеристик транзисторов: соотношение токов включения и выключения оставалось высоким, а утечки были минимальными.
В финале эксперимента проводились реальные орбитальные испытания. Устройство было запущено на спутнике, находящемся на низкой околоземной орбите (примерно 517 км), и функционировало в течение девяти месяцев без заметной деградации. За этот период уровень битовых ошибок (BER) при передаче данных оставался ниже 10⁻⁸, что значительно превышает стандартные требования для космической связи. Система успешно передавала данные, включая гимн университета, что подтвердило высокую радиационную стойкость технологии в условиях космоса.
Авторы исследования предсказывают, что в более жестких условиях геостационарной орбиты, где радиационный фон значительно выше, такие 2D-полупроводники могут прослужить до 270 лет. Это открывает новые горизонты для создания легкой, компактной и долговечной электроники, способной функционировать в глубококосмических условиях, на высоких орбитах и в ходе длительных межпланетных миссий, где традиционные кремниевые решения быстро выходят из строя и требуют значительной (и тяжелой) радиационной защиты. Важно отметить, что иногда для выведения из строя дорогого спутника достаточно всего одной случайной космической частицы.
