以支持未来在水星和金星上执行的任务,金星的表面温度与水星的相近

[据IEEE波普网站2019年3月11日报道]
在荒凉的、表面布满陨石坑的水星上,白天的温度可以达到430℃左右。金星虽然与太阳的距离几乎是前者的两倍,但由于富含二氧化碳的大气层,其表面温度约为462℃。

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“送到那里的一切设备都必须在这些温度下工作。”美国亚利桑那州立大学的材料科学家Yuji
Zhao说。这包括仪器、传感器和探头所需的电子系统。虽然到目前为止还没有在水星上执行任务,但1982年降落在金星上的最长幸存的探测器——苏联的威尼拉13号——在失败前只持续了127分钟。

照片来源:Yuji Zhao

在可耐高温的下一代电子产品方面,Zhao和他的团队最近在IEEE Electron Device
Letters中报道了工作温度在25到300℃的氮化镓存储器。该研究由美国宇航局的高工作温度技术计划资助,以支持未来在水星和金星上执行的任务。

研究人员Houqiang Fu、Yuji Zhao和Kai Fu在研究存储器。

“这里空无一人,”赵说。“没有任何技术可以维持这种高温。”

在荒凉、坑坑洼洼的水星表面,白天的温度可以达到430摄氏度左右。金星与太阳的距离差不多是水星与太阳距离的两倍,由于大气中富含二氧化碳,金星的表面温度与水星的相近,大约为462摄氏度。

由于氮化镓具有较大的带隙,因此它是高温电子学的理想选择。传统硅的带隙仅为1.12
eV。这意味着,当温度仅小幅升高,电子就会被激发并从价带传输到导带,Zhao解释说。“结果,会失去对载波的控制,设备也会出现故障。”相比之下,氮化镓的带隙为3.4
eV,允许器件在电子失控之前能承受更高的温度。氮化镓不是唯一一种用于高温电子学的宽带隙半导体材料;美国宇航局在HOTTech计划中还投资了一个竞争对手碳化硅。

亚利桑那州立大学材料科学家Yuji
Zhao说:“送到那里的所有东西都必须在这样的温度下工作。”其中包括仪器、传感器和探测器中所需的电子系统。虽然到目前为止还没有在水星表面着陆的任务,但是在1982年登陆金星的运行时间最长的探测器——苏联的金星13号探测器——在失灵前只持续了127分钟。(相比之下,“好奇号”探测车于2012年登陆火星,目前仍然状况良好。)

通过化学气相沉积在氮化镓衬底上制造存储器件。Zhao说,对器件性能来说,关键点是制造过程中的蚀刻和再生长过程。在沉积几层氮化镓之后,用等离子体蚀刻掉一些区域,然后再生长。Zhao说,这产生了一个界面层,上有缺少氮原子的空位。“界面层对记忆效应至关重要。”他说。研究人员认为,氮空位负责捕获和释放电子,从而在器件中产生高阻态和低阻态或0和1态。

在可耐高温的下一代电子产品方面,Zhao和他的团队最近在IEEE Electron Device
Letters上介绍了他们研发的可在25至300摄氏度的温度范围内工作的氮化镓存储器(论文标题为“Threshold
Switching and Memory Behaviors of Epitaxially Regrown GaN-on-GaN
Vertical p-n Diodes With High Temperature
Stability”)。他们的这项研究由美国国家宇航局的 Hot Operating Temperature
Technology(简称HOTTech)计划资助,旨在支持未来前往水星和金星的任务。

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