科学家研发新型太空级 NAND 闪存：可承受 1 亿次 X 光辐射，抗辐射能力超传统产品 30 倍

5 月 22 日消息，随着太空任务日益频繁，所需要的航天器也必须越来越多地依赖自身完成数据处理和存储。为了支撑太空 AI 系统，对应的存储器也需要在极端恶劣的环境中保持稳定。

传统的 NAND 闪存 —— 与智能手机、笔记本电脑和数据中心所用技术相同 —— 是目前太空中大容量数据存储的最先进方案，存储容量可达太比特级别。然而，太空中的辐射会严重降低其性能，甚至导致数据丢失。

为此，乔治亚理工学院的科研人员开发出了一种基于铁电材料打造的 NAND 闪存，其耐辐射能力是传统 NAND 的 30 倍。相关研究成果已于发表在《Nano Letters》上。

铁电性是指某些材料保持永久自发极化电荷的能力。这种极化方式与传统 NAND 存储数据的机制不同，而这一差异在辐射环境下至关重要。

乔治亚理工学院电气与计算机工程学院副教授 Asif Khan 表示：“如果把传统闪存送入太空，辐射与闪存中俘获电荷的相互作用很容易损坏数据。相比之下，铁电 NAND 闪存并不以俘获电荷的形式存储数据，而是以材料中的极化状态来存储，而极化对辐射效应具有很强的抵抗力。”

实现这一突破的关键材料是氧化铪。这种可与硅兼容的化合物在 15 年前首次被发现具有铁电性。Khan 的实验室在过去十年中一直在探索其性能。即便如此，新型架构展现出的辐射耐受程度仍令团队感到惊讶。

该论文第一作者、电气与计算机工程博士生 Lance Fernandes 在洁净室中制造出了铁电 NAND 芯片，随后送往宾夕法尼亚州立大学的合作者处进行辐射测试。

测试表明，这些芯片可承受高达 100 万拉德（辐射吸收剂量）—— 相当于 1 亿次 X 光胸透的辐射量。这一数值覆盖了航天器可能遇到的全部辐射范围：近地轨道卫星需要耐受 5000 至 30000 拉德；地球静止轨道需要 10 万至 30 万拉德；而深空任务的辐射上限则达到 100 万拉德。

Fernandes 对此表示：“对于太空中的数据存储而言，存储器仅仅能工作是不够的。它必须在极端辐射下保持可靠。”Khan 补充道：“铁电 NAND 闪存不仅耐辐射，而且在极其恶劣的辐射环境中依然能够保持可靠。这正是我们太空任务所需要的。”

附论文地址：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c05947?