单壁碳纳米管（SWCNTs）具有较强的C-C键、纳米尺度的截面和较低的原子序数，是一种潜在的应用于外层空间集成电路（IC）的候选材料。然而，将模拟计算与单壁碳纳米管场效应晶体管（FET）的电学测量相结合的工作很少，同时，缺乏对低能质子辐射效应相关的研究，这限制了人们对SWCNT FET辐射效应机理的进一步了解。

针对这一问题，中国科学院微电子研究所金智研究员团队采用溶液沉积法制备了背栅结构的半导体SWCNT场效应管，研究了不同注量150 keV的质子对其性能的影响。研究了SWCNT FET辐照前后总电离剂量（TID）和位移损伤对FET电学性能的影响。阈值电压的较大负移和导通电流的明显降低证实了氧化层中的TID效应。亚阈值摆幅和关态电流的稳定性表明，碳纳米管层的位移损伤并不严重，证明碳纳米管薄膜是抗辐射的。特别是，首次利用 SRIM和 GEANT4软件工具包模拟了150 keV质子辐照金属/碳纳米管接触和裸露沟道区的辐射效应，在源漏接触区和沟道区，质子引起的位移损伤不同，导致接触电阻和方块电阻有不同程度的变化。通过将模拟结果与电学测量相结合，深入揭示了质子辐照导致SWCNT FET退化的机理，为SWCNT薄膜FET的辐射加固技术提供了新的思路，这对于抗辐射碳纳米管薄膜集成电路的航空应用有重大的意义。
研究成果近日以“Radiation-hardened property of single-walled carbon nanotube film-based field-effect transistors under low-energy proton irradiation”为题发表在Journal of Semiconductors (JOS, 2021, 42, 112002)，张晓瑞为第一作者，金智研究员为通讯作者。
Radiation-hardened property of single-walled carbon nanotube film-based field-effect transistors under low-energy proton irradiation
Xiaorui Zhang, Huiping Zhu, Song’ang Peng, Guodong Xiong, Chaoyi Zhu, Xinnan Huang, Shurui Cao, Junjun Zhang, Yunpeng Yan, Yao Yao, Dayong Zhang, Jingyuan Shi, Lei Wang, Bo Li, Zhi Jin
J. Semicond. 2021, 42(11): 112002
doi: 10.1088/1674-4926/42/11/112002
Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/11/112002?pageType=en
来源：半导体学报2021年第11期中文导读