原创 新型抗辐射电子电路可在恶劣太空中持续工作超过270年
创始人
2026-02-24 12:41:23
0次

这种基于四英寸晶圆、仅一个原子厚的电子系统,成功通过了强伽马射线测试,并在轨运行了九个月。

太空对电子设备并不友好。在地球保护性磁场之外,卫星会遭受宇宙射线和高能粒子的轰击,这些粒子会逐渐侵蚀精密的电路。

随着时间的推移,这些肉眼不可见的撞击可能会使数据损坏、元件受损,并缩短航天器的寿命。为了克服这一挑战,工程师们通常会增加厚重的屏蔽层,但这额外的重量会增加发射成本,并限制任务的有效载荷。

现在,复旦大学的一个研究团队为这个问题提出了一种有趣的解决方案。他们用一种非常薄且坚固的材料来制造电子设备,这种材料本身几乎不会受到辐射的伤害。在测试中,他们这种原子级厚度的通信系统不仅能在轨运行数月,而且据预测,在更严酷的太空环境中能持续运行数百年。

用单原子层制造电子设备

研究人员使用了二硫化钼,这是一种可以制成仅一个原子层厚(约0.7纳米)的化合物。在这种尺度下,可供入射辐射造成损害的材料极少。理论上,高能粒子穿过如此薄的薄片时,不会产生那种通常会毁坏传统硅芯片的缺陷。

为了将这一想法付诸实践,研究团队首先在一片4英寸的晶圆上生长出一大片均匀的单层二硫化钼薄膜。然后,他们用这片晶圆制造了晶体管——电子电路的基本构件。这些晶体管随后被组装成一个功能完整的射频通信系统,工作频率在12到18吉赫兹之间。更重要的是,该系统同时包含了发射器和接收器,这意味着它可以像真实卫星中使用的那样发送和接收信号。

研究作者指出:"基于4英寸晶圆级的单层二维二硫化钼工艺,我们实现了一个基于原子层晶体管的抗辐射射频系统,该系统同时包含发射器和接收器,可用于星载通信。"

在真实条件下测试系统

在将任何设备送入太空之前,研究人员在地球上对电路进行了压力测试。他们用强伽马射线轰击这些设备,以模拟电子设备在轨道上经历的环境。然后,他们使用先进的成像工具仔细检查了材料。透射电子显微镜使他们能够观察原子结构。能量色散X射线光谱学检查了化学成分是否发生变化。拉曼光谱扫描了薄膜上的多个点以检测结构损伤。

结果令人惊讶。原子薄层中没有发现明显的结构或化学退化迹象。在电性能方面,这些设备的表现几乎与辐照前完全一样。它们保持了超高的开关比,显示出极小的电流泄漏,并且功耗很低——这对能量受限的航天器来说是一个重要特性。

最终的考验来自太空。该团队将基于二硫化钼的通信系统发射到约517公里高度的近地轨道。在九个月的时间里,该设备在太空的恶劣辐射环境中运行。

研究作者表示:"值得注意的是,在轨运行9个月后,该系统在传输数据中保持了低于10⁻⁸的误码率,表明其具有显著的辐射耐受性和长期稳定性。"作为演示,该系统成功传输并接收了完整的复旦大学校歌,清晰度完美。

此外,根据在轨收集的辐射数据和太空环境模型,研究人员估计,他们的系统在地球同步轨道(其辐射水平远高于近地轨道)中能够承受惊人的271年之久。

原子薄电子设备的未来

如果这些结果在未来任务中得到验证,原子薄电子设备可能会彻底改变航天器设计。卫星可以不再依赖笨重的屏蔽层,而使用本质上就抗辐射的电路。这将减轻重量,降低发射成本,并为科学仪器或通信有效载荷腾出空间。寿命更长的电子设备还可以延长卫星、深空探测器和高等轨道通信平台的工作寿命。

然而,仍然存在挑战。例如,当前的系统展示了射频通信能力,但完整的航天器电子设备涉及许多其他组件,包括处理器、存储系统和电源管理单元。扩大生产规模、将二硫化钼与现有技术集成,以及在更长时间的任务中证明其可靠性,将是下一个重要步骤。

该研究发表在《自然》杂志上。

如果朋友们喜欢,敬请关注“知新了了”!

相关内容

热门资讯

微科电源取得基于供电前馈与电子... 国家知识产权局信息显示,深圳市微科电源系统有限公司取得一项名为“一种基于供电前馈与电子阻尼的开关驱动...
股市必读:华虹宏力新发布《华虹... 截至2026年9月11日收盘,华虹宏力(688347)报收于219.07元,下跌2.25%,换手率3...
扬州鼎锋旗下基金完成备案,投资... 近日,扬州鼎锋引领股权投资合伙企业(有限合伙)完成中国证券投资基金业协会备案,正式进入投资运作阶段。...
深夜,全线跳水!AI芯片,重大... 芯片股集体杀跌! 北京时间13日晚间,芯片股在暗盘交易中集体大跳水,SK海力士跌超4%,英特尔跌近4...
股市必读:深南电路新发布《北京... 截至2026年9月11日收盘,深南电路(002916)报收于396.68元,上涨1.11%,换手率1...
股市必读:中瓷电子(00303... 截至2026年9月11日收盘,中瓷电子(003031)报收于118.06元,下跌1.71%,换手率2...
Anthropic对人工智能的... 9月13日,市场观察人士指出,人工智能高管们呼吁放缓技术发展的言论,短期内可能会对芯片制造商及供应链...
并入光洋股份版图:PCB利基龙... 恰逢近期光洋股份(002708.SZ)完成对常熟东南相互电子有限公司100%股权收购的工商变更登记,...
两大PCB牛股澄清:传闻不实 9月13日晚,两只PCB(印制电路板)大牛股金安国纪、超声电子发布股票交易异常波动公告称,未向英伟达...
《星星说》下周引言(9.14—... 作者:王祯的幻世界 下周引言: 上周我们说要注意情感关系的稳定性,放下猜忌,打开心扉好好沟通,尽量...