В первой половине 20-го века внутри каждого радиоприемника и телевизора находились вакуумные электронные лампы. Размеры этих электронных приборов варьировались в очень широких пределах, но в любом случае они кажутся огромными мастодонтами по сравнению с полевыми транзисторами, блистающими своими способностями в современной цифровой электронике. Тем не менее, возможности существующих полевых транзисторов также ограничены, и инженеры все больше и больше начинают сталкиваться с ограничениями, накладываемыми фундаментальными законами физики, при попытках дальнейшего уменьшения размеров транзисторов и улучшения их электрических характеристик. Поэтому множество исследовательских групп работают над созданием альтернативных типов транзисторов из графена, углеродных нанотрубок и других материалов, которые могут стать основой энергосберегающих и высокопроизводительных чипов нового поколения. Но одна из таких групп пошла по совершенно иному пути, созданный ими транзистор с вакуумным каналом является помесью традиционного полевого транзистора и электронной вакуумной лампы, что позволяет ему демонстрировать превосходные электрические и скоростные характеристики.
Исследователь Чжин-Ву Ен (Jin-Woo Han) и Меия Меияппэн (Meyya Meyyappan), руководитель исследовательской группы из Исследовательского центра НАСА имени Эймса, пишут: «Мы работали на протяжении нескольких лет, разрабатывая структуру транзисторов с вакуумным каналом, в которых совместились все положительные черты полевых транзисторов и электронных вакуумных ламп. Наши исследования находятся пока еще на ранней стадии, но созданные нами опытные образцы транзисторов демонстрируют целый ряд превосходных характеристик, что указывает на их огромный потенциал для электроники будущего».
Согласно исследователям, вакуум во многом выигрывает по сравнению с полупроводниками, когда дело касается переноса через него электрического потенциала. «Электроны беспрепятственно перемещаются через пустоту вакуума, не страдая от столкновения с атомами материала, приводящим к рассеиванию в виде тепла некоторого количества энергии электронов. Вакуум не подвержен воздействию ионизирующего излучения, высокой температуры, он не производит собственных тепловых шумов и не подвержен разрушениям под влиянием механических воздействий».
Опытные образцы транзисторов с вакуумным каналом смогли работать на частотах порядка 460 гигагерц, что приблизительно в 10 раз больше, чем скорость наилучших образцов полупроводниковых кремниевых транзисторов. Это делает вакуумные транзисторы идеальными кандидатами на применение в электронных устройствах, работающих в терагерцовом диапазоне, в диапазоне электромагнитных волн, лежащем между микроволновым и инфракрасным диапазонами. «Терагерцовый диапазон еще не освоен людьми из-за того, что обычные полупроводниковые приборы не в состоянии ни генерировать, ни детектировать электромагнитные волны такой частоты. Но, благодаря нашим вакуумным транзисторам все возможности, предоставляемые терагерцовым диапазоном, могут поступить в распоряжение людей, открывая дорогу новым медицинским системам, системам безопасности, детектирования различных химических веществ и многому другому».
Ученые прогнозируют, что им потребуется еще немало времени для того, чтобы привести разработанную ими технологию до уровня промышленного производства. Но после этого «можно будет ожидать появления «вакуумной» электроники нового поколения, которая будет обладать множеством интересных и уникальных возможностей».
Источник: