(Phys.org)—Sebbene i tubi a vuoto fossero i componenti di base dei primi dispositivi elettronici, negli anni '70 furono quasi interamente sostituiti da transistor a semiconduttore. Ma negli ultimi anni, i ricercatori hanno sviluppato "transistor a canale del vuoto su scala nanometrica" ​​(NVCT) che combinano il meglio dei tubi a vuoto e dei moderni semiconduttori in un unico dispositivo.

Rispetto ai transistor convenzionali, Gli NVCT sono più veloci e più resistenti alle alte temperature e alle radiazioni. Questi vantaggi rendono gli NVCT candidati ideali per applicazioni come comunicazioni nello spazio profondo tolleranti alle radiazioni, dispositivi ad alta frequenza, e l'elettronica THz. Sono anche candidati per estendere la legge di Moore, che afferma che il numero di transistor su un chip per computer raddoppia circa ogni due anni, che dovrebbe presto incontrare un ostacolo a causa delle limitazioni fisiche dei transistor a semiconduttore che si restringono.

D'altra parte, i tubi a vuoto tradizionali presentano alcuni svantaggi rispetto ai transistor a semiconduttore, che li ha resi obsoleti. In particolare, i tubi a vuoto sono molto grandi e consumano molta energia.

Con i nuovi NVCT, le dimensioni non sono più un problema perché i nuovi dispositivi sono prodotti utilizzando moderne tecniche di fabbricazione dei semiconduttori, e quindi può essere realizzato con un diametro di pochi nanometri. Mentre i tubi a vuoto tradizionali sembrano lampadine, Gli NVCT assomigliano più ai tipici transistor a semiconduttore e possono essere visti solo al microscopio elettronico a scansione.

Per affrontare il problema più urgente del consumo energetico, in un nuovo studio i ricercatori Jin-Woo Han, Dong-Il Moon, e M. Meyyappan presso l'Ames Research Center della NASA a Moffett Field, California, hanno progettato un NVCT a base di silicio con una struttura di gate migliorata che riduce la tensione di azionamento da decine di volt a meno di cinque volt, con conseguente minor consumo di energia. Il loro lavoro è pubblicato in un recente numero di Nano lettere .

In un NVCT, il gate è il componente che riceve la tensione di pilotaggio e, in base a questa tensione, controlla il flusso di elettroni tra due elettrodi. In contrasto, nei vecchi tubi a vuoto, gli elettroni sono stati rilasciati riscaldando l'emettitore del dispositivo. Poiché gli elettroni hanno viaggiato attraverso il vuoto (il vuoto gap), si muovevano a velocità molto elevate, che ha portato alla rapida operazione.

Nelle NVCT, in realtà non c'è il vuoto, ma invece gli elettroni viaggiano attraverso uno spazio riempito con un gas inerte come l'elio a pressione atmosferica. Poiché la distanza tra gli elettrodi è così piccola (fino a 50 nm), la probabilità che un elettrone entri in collisione con una molecola di gas è molto bassa, e così gli elettroni si muovono tanto velocemente attraverso questo "quasi vuoto" quanto in un vuoto reale. Anche con alcune collisioni che si verificano, le molecole di gas non vengono ionizzate a causa della minore tensione di esercizio.

Forse il più grande vantaggio dei nuovi transistor a vuoto è la loro capacità di tollerare alte temperature e radiazioni ionizzanti, il che li rende candidati promettenti per gli ambienti difficili spesso vissuti dalle applicazioni militari e spaziali. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato sperimentalmente che i NVCT continuano a funzionare allo stesso livello di prestazioni a temperature fino a 200 °C, mentre i transistor convenzionali cesserebbero di funzionare a questa temperatura. I test hanno anche dimostrato che i nuovi NVCT sono robusti contro le radiazioni gamma e protoniche.

Nel futuro, i ricercatori intendono migliorare ulteriormente le prestazioni di questa "nuova vecchia" tecnologia.

"I piani di ricerca futuri includono il lavoro di modellazione dei dispositivi su scala nanometrica, comprese le proprietà della struttura e del materiale, "Ha detto Han Phys.org . "Inoltre abbiamo in programma di studiare i meccanismi di invecchiamento per migliorare l'affidabilità e la durata".

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