Vakuumrör spelade initialt en central roll i utvecklingen av elektroniska enheter. För några decennier sedan, dock, forskare började ersätta dem med halvledartransistorer, små elektroniska komponenter som kan användas både som förstärkare och switchar.

Även om vakuumrör nu sällan används i utvecklingen av elektronik, de har flera viktiga fördelar jämfört med transistorer. Till exempel, de möjliggör vanligtvis snabbare drift, bättre bullerimmunitet och större stabilitet i extrema eller tuffa miljöer.

I en nyligen genomförd studie, forskare vid NASA Ames Research Center har visat att vakuumkanaltransistorer i nanoskala kan tillverkas på kiselkarbidskivor. Att tillverka denna typ av transistor på wafer-skalan kan i slutändan möjliggöra deras utbredda användning, vilket gör dem till ett lönsamt alternativ till solid state-elektronik.

"Från hyllan-elektronik har mycket liten användning för rymduppdrag på grund av påverkan av strålning, "Meyya Meyyappan, en av forskarna som genomförde studien, berättade för TechXplore. "Vanligtvis, strålningsskärmning eller avancerad strålningsmedveten kretsdesign skulle behövas, som alla är dyra, tidskrävande och resulterar i hårdvara som inte är den senaste. Vi har kombinerat det bästa av vakuumfysik och modern tillverkning av integrerade kretsar för att producera vakuumtransistorer i nanoskala för att övervinna ovanstående brister."

När man tillverkar vakuumkanaltransistorn i nanoskala, Jinwoo Han, den forskare som ansvarar för design och tillverkning, följde en liknande process som den som användes när man byggde konventionella MOSFETs (metalloxidhalvledarfälteffekttransistorer). Den enda skillnaden var att han bytte ut halvledarkanalen, som i MOSFETs är placerad mellan källan och avloppet, med en tom kanal.

"Till skillnad från våra tidigare arbeten på kisel surround gate nano vakuumtransistorer, vi har vänt orienteringen den här gången till vertikal istället för en horisontell transistor, " förklarade Meyyappan. "Eftersom kanalen inte har något, elektroner kan vara snabbare än i halvledare där de upplever spridning med gittret, och därmed kan arbetsfrekvensen eller hastigheten vara högre."

Vakuumkanaltransistorn i nanoskala som presenterades av forskningen tillverkades på 150 mm kiselkarbidskivor. När man utvärderar dess prestanda, forskarna fann att drivströmmen för deras transistor skalas linjärt med antalet sändare på källplattan.

Meyyappan och hans kollegor jämförde också dess prestanda med den som uppnås av kiselvakuumkanaltransistorer tillverkade samtidigt. Deras tester visade att kiselkarbidanordningen erbjuder avsevärt överlägsen långsiktig stabilitet, vilket kan vara särskilt fördelaktigt för applikationer i rymden och i andra utmanande miljöer.

"Vi har tillverkat våra sub-100 nm funktionsskala vakuumkanaltransistorer i både kisel- och kiselkarbidmaterialsystem, Han berättade för TechXplore. "Deras prestanda är uppmuntrande och transistorerna påverkas inte av strålning. Innebörden är att vi kan använda vår nuvarande tillverkningsinfrastruktur och kända materialsystem för att tillverka ultrasmå vakuumenheter."

I framtiden, fynden som samlats in av Meyyappan, Han och deras kollegor skulle kunna främja återinförandet av vakuumkanaltransistorer för tillverkning av elektronik, särskilt för de som är utformade för att användas i rymden. Under tiden, forskarna planerar att använda transistorerna de utvecklade för att bygga kretsar, för att tillämpa dem och testa dem i verkliga miljöer.

© 2019 Science X Network