У Кембриджському університеті винайшли графенові чорнила для друкованих плат
15 Квітня , 2017
Ray-bot – м’який плаваючий робот, прототипом якого є морська манта
15 Квітня , 2017

Транзистори з вакуумним каналом – комбінація кращих рис напівпровідників та електронних ламп

Нагадаємо нашим читачам, що електронні лампи були основою всіх перших електронних пристроїв, створених людьми. Проте, великі розміри електронних ламп і значне споживання ними енергії стали причинами того, що до 1970-х років вони були майже повністю витіснені напівпровідниковими транзисторами. Але за останні кілька років вченими були розроблені нанорозмірні транзистори з вакуумним каналом (nanoscale vacuum channel transistor, NVCT), які є комбінацією всіх кращих рис електронних ламп і сучасних напівпровідників в межах одного єдиного приладу.
Порівняно зі звичайними транзисторами NVC-транзистори є більш швидкими та більш стійкими по відношенню до високих температур і радіації. Ці переваги роблять NVC-транзистори ідеальними кандидатами для їх використання в космічній техніці, у високочастотній електроніці, включаючи електроніку, що працює в терагерцевому діапазоні.
Такі транзистори можуть бути виготовлені за допомогою існуючих технологій виробництва напівпровідникових приладів, а їх розмір може складати всього декілька нанометрів. З цієї точки зору NVC-транзистори не дуже схожі на електронні лампи, вони мають набагато більшу схожість з традиційними транзисторами, і їх можна побачити лише за допомогою растрового електронного мікроскопа.
Новий тип NVC-транзистора був розроблений вченими з Дослідницького центру НАСА імені Еймса. Відмінною рисою цього кремнієвого пристрою є покращена структура керуючого електрода, затвора, що дозволило знизити величину керуючої транзистором напруги з десятків Вольт до рівня нижче п’яти Вольт, що призвело до дуже низької витрати енергії під час роботи транзистора.
Транзистор с вакуумным каналом
Затвор у NVC-транзисторі грає таку ж роль, як і в звичайному польовому транзисторі. Прикладена до нього напруга керує потоком електронів, що протікають через канал транзистора від одного електрода до іншого. У вакуумних електронних лампах потік електронів створювався шляхом нагрівання катода лампи до високої температури. Оскільки електрони переміщались в умовах вакууму, вони могли рухатись з дуже високою швидкістю, що призводило до високої швидкодії пристрою.
В NVC-транзисторі фактично немає вакуумного проміжку, його роль виконує простір, заповнений інертним газом гелієм, в даному випадку, що знаходиться при атмосферному тиску. Оскільки відстань між електродами дуже мала, не більше 50 нанометрів в дослідних зразках, ймовірність зіткнення електронів з атомами газу дуже мала, і вони здатні переміщатись в такому “квазівакуумі” з такою ж швидкістю, як і у фактичному вакуумі. І навіть в разі зіткнення з електронами, атоми газу не іонізуються і не порушують роботу транзистора через низьку величину робочої напруги і низьку енергію електронів, що летять.
Випробування дослідних зразків NVC-транзисторів нового типу показали, що вони зберігають працездатність при температурі до 200 градусів Цельсія, при якій звичайні транзистори працювати вже не можуть. Крім цього, NVC-транзистори витримують вплив досить потужного потоку протонного і гамма-випромінювання.
У своїх подальших дослідженнях вчені НАСА будуть працювати над поліпшенням структури нанорозмірних NVC-транзисторів, намагаючись використовувати нові матеріали. І ці зусилля можуть привести до того, що надійність роботи найсучасніших електронних пристроїв буде забезпечуватись технологіями, які, з першого погляду, давним-давно застаріли.

LEU
LEU
Головний редактор сайту uaengineer.com.ua

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: