“十四五”和未來我國深空和太陽系邊界探測等航天任務實施對宇航用集成電路在惡劣復雜的深空輻射環境下的抗輻射能力提出了嚴苛要求，元器件的抗輻射能力成為制約深空探測任務設計的關鍵因素之一。碳基信息電子器件具有高遷移率、超薄、高熱導率等優異的物理性能，是下一代先進半導體器件典型代表，也是我國自主可控發展集成電路技術的重要選擇。國內外已有研究報道，碳基器件天然具有較強的抗總劑量能力，可滿足深空探測任務對芯片壽命達到數年乃至數十年的需求，其有望成為支撐國家航天基礎設施抗空間輻射環境高水平應用的核心物質基礎。但是針對碳基器件空間應用面臨的單粒子輻射問題目前尚未見公開報道，嚴重制約了碳基器件在空間輻射環境中的布局應用。因此，揭示碳基器件單粒子效應機理和響應特性，提高抗單粒子效應輻射能力使之滿足航天工程技術發展需求就成為亟待解決的關鍵問題。

中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室副研究員陳睿、研究員韓建偉團隊與北京大學電子學院教授張志勇課題組、中科院微電子研究所研究員李博課題組合作，針對碳納米管晶體管和靜態隨機存儲器單元，利用空間中心自主建立的脈沖激光模擬重離子試驗裝置、質子與電子加速器和集成電路試驗與仿真平臺，揭示了碳納米管場效應晶體管和存儲單元單粒子效應損傷機理和響應特性。該研究發現，碳納米管器件和電路柵區域對單粒子效應敏感，且損傷機制與傳統體硅器件單粒子敏感體積收集輻射感生電荷不同，單粒子離化電子受電場作用向源極漂移形成溝道電流(約250ps脈寬的瞬態電流脈沖)，空穴在柵介質上累積導致柵電場強度增加是單粒子損傷的主要機制。

相關成果以Ultra-Strong Comprehensive Radiation Effect Tolerance in Carbon Nanotube Electronics為題發表于Small。

圖1 近地和深空輻射環境特征

圖2 碳納米管電子器件單粒子效應機理

圖3 碳納米管電子器件單粒子效應響應特征