Учёные раскрыли механизм отказов электроники под радиацией

Исследователи из Университета штата Северная Каролина изучили катастрофическое выгорание электронных устройств от попадания одной высокоэнергетической частицы (SEB), используя нитрид алюминия и вычислительные симуляции.

Учёные исследовали, почему электронные устройства могут выходить из строя при облучении. Они изучали SEB при высоком напряжении. В качестве материала для экспериментов выбрали нитрид алюминия (AlN) — полупроводник с ультраширокой запрещённой зоной, перспективный для работы в экстремальных условиях, в том числе в радиоактивной среде.

Чтобы понять механизм SEB, исследователи проанализировали данные экспериментов вместе с уже имеющимися сведениями о SEB в других материалах, а затем с помощью вычислительных симуляций разработали аналитическую модель. Она объясняет физику процесса: при облучении тяжёлые ионы проходят через материал, генерируя носители заряда; при подаче напряжения положительные и отрицательные заряды разделяются, создавая локализованное электрическое поле. Когда поле достигает критической величины, возникает лавина электронов и высвобождается много энергии в малой области — происходит SEB.

Модель успешно объяснила данные о SEB для простых вертикальных устройств из разных полупроводников. По словам исследователей, это позволит разработать правила проектирования устройств, устойчивых к радиации, и минимизировать ущерб от SEB. Перспективы применения — от ядерной энергетики и освоения космоса до биомедицинских технологий и экспериментов по термоядерному синтезу.

Результаты работы опубликованы в журнале IEEE Transactions on Nuclear Science в статье «Single-event burnout of AlN diodes under heavy-ion irradiation». В исследовании участвовали специалисты из Университета штата Северная Каролина, NASA и компании Adroit Materials, Inc.

Источник: North Carolina State University