На поверхности Меркурия в светлое время суток температура может подниматься до отметки в 430 градусов Цельсия. Приблизительно такая же температура, на уровне 462 градусов Цельсия, присутствует на поверхности Венеры, благодаря высокому давлению и плотной атмосфере этой планеты, богатой углекислым газом. И любой космический аппарат, который будет послан на эти "негостеприимные" планеты должен сохранять работоспособность при таких температурах, это касается электронных систем, научных инструментов, датчиков и источников энергии. И это является достаточно сложным делом, самому "долгоживущему" космическому аппарату, советской исследовательской станции Венера-13, опущенной на поверхность Венеры в 1982 году, удалось проработать там всего 127 минут с момента посадки.
Если с созданием высокотемпературной электроники в настоящее время дело обстоит более-менее благополучно, то создание высокотемпературных устройств компьютерной памяти "буксовало" в силу целого ряда различных причин. И не так давно группе исследователей из Аризонского университета удалось создать опытные образцы ячеек памяти, изготовленных из нитрида галлия, способных работать при температурах от 25 до 300 градусов Цельсия. Данная работа была выполнена в рамках программы HOTTech (Hot Operating Temperature Technology), которая должна обеспечить выполнение будущих исследовательских миссий НАСА на Меркурии и Венере.
Нитрид галлия является подходящим кандидатом на материал для высокотемпературной электроники из-за большой ширины его запрещенной зоны, которая равна 3.4 электрон-вольта. Для сравнения, у кремния, традиционно используемого в современной электронике, ширина запрещенной зона составляет 1.12 электрон-вольта. Малая ширина запрещенной зоны означает, что при повышении температуры электроны начнут спонтанно переходить из валентной зоны в зону проводимости и материал полностью потеряет свои полупроводниковые свойства, делая неработоспособным устройство на его основе.
Большая ширина запрещенной зоны нитрида галлия позволит устройствам на его основе работать при более высоких температурах. И нитрид галлия является не единственным подобным полупроводником, подходящим для создания высокотемпературной электроники, в рамках программы HOTTech НАСА финансирует исследования другого подобного материала - карбида кремния.
Ячейки высокотемпературной памяти были изготовлены путем осаждения материала их паровой фазы на подложку из нитрида галлия. Затем полученная заготовка была обработана методом микрогравировки. После осаждения на подложку нескольких слоев нитрида галлия, некоторые участки был удалены при помощи плазмы и на них был осажден слой другого материала, сформировавший электроды и другие элементы ячеек памяти.
При комнатной температуре устройство демонстрирует устойчивое переключение из одного состояния в другое, соответствующее значению логической 1 или 0. При этом, структура ячейки не подвержена деградации, по крайней мере, ее признаков не было замечено после 1000 циклов переключения. При повышении температуры до 300 градусов Цельсия, ячейка сохранила стабильность и способность к переключению, проработав в таких условиях еще тысячу циклов. Однако, при повышении температуры до 350 градусов, устройство потеряло свои запоминающие способности, которые возвратились при дальнейшем понижении температуры.
В настоящее время исследовательская группа готовится к испытаниям второго варианта их устройства памяти, которое должно сохранять работоспособность уже при температуре в 500 градусов Цельсия. Параллельно с этим ведутся работы, направленные на использование дефектов кристаллов, называемых азотными вакансиями, в качестве активных элементов ячеек памяти. Как только представители НАСА сочтут достаточными характеристики новых устройств высокотемпературной памяти, будут изготовлены опытные образцы чипов, которые пройдут тестирование в специальных помещениях, условия в которых повторяют крайние условия на поверхности Меркурия и Венеры.
698
