I tubi a vuoto inizialmente hanno svolto un ruolo centrale nello sviluppo dei dispositivi elettronici. Qualche decennio fa, però, i ricercatori hanno iniziato a sostituirli con transistor a semiconduttore, piccoli componenti elettronici che possono essere utilizzati sia come amplificatori che come interruttori.

Sebbene i tubi a vuoto siano ora usati raramente nello sviluppo dell'elettronica, hanno diversi importanti vantaggi rispetto ai transistor. Ad esempio, in genere consentono un funzionamento più rapido, migliore immunità al rumore e maggiore stabilità in ambienti estremi o difficili.

In un recente studio, i ricercatori dell'Ames Research Center della NASA hanno dimostrato che i transistor a canale del vuoto su scala nanometrica possono essere fabbricati su wafer di carburo di silicio. La fabbricazione di questo tipo di transistor su scala wafer potrebbe in definitiva consentire il loro uso diffuso, rendendoli una valida alternativa all'elettronica a stato solido.

"L'elettronica standard ha scarso uso per le missioni spaziali a causa dell'impatto delle radiazioni, "Meyya Meyyappan, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a TechXplore. "Tipicamente, sarebbe necessaria una schermatura contro le radiazioni o un design avanzato del circuito sensibile alle radiazioni, tutte costose, richiede tempo e si traduce in hardware che non è all'avanguardia. Abbiamo combinato il meglio della fisica del vuoto e la moderna produzione di circuiti integrati per produrre transistor a vuoto su scala nanometrica per superare le carenze di cui sopra".

Quando si fabbrica il transistor del canale del vuoto su scala nanometrica, Jinwoo Han, il ricercatore responsabile della progettazione e della fabbricazione, ha seguito un processo simile a quello impiegato per la costruzione di MOSFET convenzionali (transistor ad effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo). L'unica differenza era che ha sostituito il canale dei semiconduttori, che nei MOSFET è posto tra source e drain, con un canale vuoto.

"A differenza dei nostri lavori precedenti sui transistor a vuoto nano con gate surround al silicio, questa volta abbiamo capovolto l'orientamento in verticale anziché in orizzontale, " Meyyappan ha spiegato. "Dal momento che il canale non ha nulla, gli elettroni possono essere più veloci che nei semiconduttori dove sperimentano la dispersione con il reticolo, e quindi la frequenza o velocità operativa può essere maggiore."

Il transistor a canale del vuoto su scala nanometrica presentato dalla ricerca è stato fabbricato su wafer di carburo di silicio da 150 mm. Nel valutare le sue prestazioni, i ricercatori hanno scoperto che la corrente di pilotaggio del loro transistor scala linearmente con il numero di emettitori sul pad sorgente.

Meyyappan ei suoi colleghi hanno anche confrontato le sue prestazioni con quelle ottenute dai transistor a canale sotto vuoto in silicio fabbricati contemporaneamente. I loro test hanno rivelato che il dispositivo al carburo di silicio offre una stabilità a lungo termine significativamente superiore, che potrebbe essere particolarmente vantaggioso per applicazioni nello spazio e in altri ambienti difficili.

"Abbiamo fabbricato i nostri transistor a canale del vuoto in scala sub-100 nm in sistemi di materiali in silicio e carburo di silicio, " Han ha detto a TechXplore. "Le loro prestazioni sono incoraggianti ei transistor non sono influenzati dalle radiazioni. L'implicazione è che possiamo utilizzare la nostra attuale infrastruttura di produzione e i sistemi di materiali noti per realizzare dispositivi per il vuoto ultrapiccoli".

Nel futuro, i risultati raccolti da Meyyappan, Han e i loro colleghi potrebbero promuovere la reintroduzione dei transistor a canale del vuoto per la fabbricazione di elettronica, in particolare per quelli progettati per essere utilizzati nello spazio. Nel frattempo, i ricercatori stanno progettando di utilizzare i transistor che hanno sviluppato per costruire circuiti, per applicarli e testarli in contesti reali.

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