علماء روس يطورون جيلاً جديداً من الإلكترونيات الفضائية

طوّر علماء روس من الجامعة الوطنية الروسية للأبحاث، طريقة لمراقبة عمل الدوائر الدقيقة المستخدمة في ظروف الفضاء القاسية بدقة، معتقدين أنّ هذه الطريقة "ستساعد في تطوير فئة جديدة من الترانزستورات النانوية الفراغية غير الحساسة للإشعاع ودرجات الحرارة المرتفعة".

ويؤدي تصغير الإلكترونيات الحديثة إلى زيادة حساسيتها، ففي غياب تدابير الحماية المناسبة، قد تؤدي درجات الحرارة العالية، والتعرض للإشعاعات "الشديدة" أو تدفق الجسيمات الثقيلة إلى تعطيلها أو التسبب في أعطال عشوائية في النظام، وفقاً لما أوضحه متخصصون من الجامعة الوطنية للأبحاث في تقرير خاص.

وأضاف التقرير أنه "عندما يتم تقليل حجم الأجهزة إلى أقل من 10 نانومتر، تصبح العناصر الإلكترونية أكثر حساسية للتأثيرات الخارجية، إذ يصبح استخدامها في الفضاء الخارجي مستحيلاً عمليا، إذ حتى في المعدات الأرضية بهذا الحجم، يمكن ملاحظة أخطاء برمجية غير طبيعية، ويزداد احتمال عدم استقرار التشغيل.

وقال غليب ديمين، رئيس مختبر أبحاث "نمذجة وتطوير أجهزة النظم النانوية الدقيقة" في معهد موسكو للتكنولوجيا الإلكترونية التابع للجامعة الوطنية للأبحاث: "يعود ذلك إلى الحساسية العالية لترانزستورات أشباه الموصلات، التي يقل حجمها عن 10 نانومتر لتأثيرات الإشعاع الأحادي وتأثيرات الإزاحة الناتجة عن تأثير الأشعة الكونية، إذ يمكن أن يسبب تدفق النيوترونات الأرضية عند مستوى سطح البحر عيوباً هيكلية لا رجعة فيها في الشبكة البلورية.

وأضاف أنه "نتيجةً لذلك، يحدث تلف، ما يسبب تغييراً في حركة حاملات الشحنة وتغيراً في جهد التشغيل، ما يؤدي إلى أخطاء غير متوقعة ويجعل سلوك الدوائر الدقيقة غير قابل للتنبؤ".

وتابع أن "استبدال قناة أشباه الموصلات التي تنتقل من خلالها الشحنة في ترانزستورات (كي إم أو بي) بفجوة فراغية يسمح بزيادة سرعتها وموثوقيتها، إذ لا تصطدم الإلكترونات بالشبكة، ما يزيد من سرعة نقلها، ويكون التيار الكهربائي في الفجوة أقل حساسية للإشعاع والتأثيرات الحرارية".

وأردف أنه "لتوليد تيار مستقر مع استهلاك أقل للطاقة في مثل هذه الترانزستورات النانوية الفراغية، بدلاً من الكاثود بمركز انبعاث إلكترون واحد (طرف) يمكن استخدام مجموعة كثيفة من هذه العناصر. ومع ذلك، فإنّ مراقبة التشغيل والتنبؤ بخصائص هذا الكاثود متعدد الأطراف بسبب العدد الكبير من العناصر في المصفوفة مهمة معقدة".
 
وتمكن العلماء من تطوير طريقة فعالة لمراقبة سلوك الـ"كاثود"، بناءً على مجموعة من بواعث إلكترونات السيليكون في الوقت الفعلي. أتاح تتبع دورة حياة كل من المصفوفة ككل وعناصرها الفردية تحديد أقسام بنية الكاثود المهمة لاستقرار عمل ترانزستور ذي فجوة فراغية.

وفي هذا الإطار قال ديمين: "يمكن استخدام النتائج المحققة لتطوير فئة جديدة من ترانزستورات النانو الفراغية ومصادر إلكترونية مدمجة تعتمد على كاثودات أشباه الموصلات متعددة النقاط. بالإضافة إلى ذلك، تمكّننا بياناتنا من مواءمة النظرية مع التطبيق العملي بشكل أفضل، وحساب المعلمات الفعلية والفعالة للترانزستورات المطوّرة ذات الفجوة الفراغية بدقة أكبر".

ويخطط العلماء في المستقبل، لتطبيق المعرفة التي اكتسبوها في تحليل العمليات الأساسية التي تحدث في ترانزستورات التفريغ على مقياس النانو، وكذلك في تصميم أجهزة واعدة أخرى للإلكترونيات النانو الفراغية، مثل أنابيب الأشعة السينية ذات التركيز الدقيق ومضخمات إشارات الترددات الراديوية.

اقرأ أيضاً: "الصدى الكمومي".. خوارزمية روسية تكشف أسرار مصير الكون