Инженеры скрестили вакуумные лампы с транзисторами

Инженеры создали миниатюрные электронные радиолампы, сочетающие свойства вакуумных ламп и кремниевых транзисторов.

Планируется, что они смогут стать основой быстрых и устойчивых к радиации вычислительных устройств. Работа опубликована в журнале Applied Physics Letters, ее краткое содержание приводит ScienceNow.

Для создания миниатюрных электронных ламп инженеры использовали традиционную технику производства транзисторов - фотолитографию. С ее помощью в кремнии создавали миниатюрные полости, на дне которых располагались эмиттер (катод, излучающий электроны) и коллектор (анод, собирающий электроны). Расстояние между ними составляло всего 150 нанометров. Сверху находилась база, управляющая током между эмиттером и коллектором. В классической лампе ей соответствует сетка.

Прибор работал в точности как классическая электронная лампа: при создании напряжения между катодом и анодом электроны устремлялись от первого ко второму с эффективностью, которая зависела от управляющего напряжения на базе. Напряжение между катодом и анодом, после которого начиналась эмиссия электронов, составляло около 10 вольт, что существенно больше, чем в обычных транзисторах. По словам экспертов, это пока является самым главным недостатком устройства.

По словам создателей, миниатюрная лампа смогла работать при частотах в 0,46 терагерц, что в 10 раз больше, чем максимальная частота лучших кремниевых транзисторов. Характерно, что для ее работы не потребовалось создавать в полости вакуум - лампа была настолько мала, что это делало крайне низкой вероятность встречи электрона с молекулой газа на пути между катодом и анодом.

Целью создания миниатюрных ламп является стремление инженеров обойти врожденные недостатки кремниевых транзисторов. Во-первых, они не могут работать на таких высоких частотах, на которых работают лампы. Это связано с тем, что подвижность электронов в кремнии ниже, чем в вакууме. Во-вторых, транзисторы менее устойчивы к радиации и ионизирующему излучению.

Если инженерам удастся создать эффективные и небольшие вычислительные устройства на основе ламп, то они окажутся полезны для астронавтов и военных, имеющих дело с радиацией. Кроме того, они могут стать компонентами приборов, работающих в терагерцовом диапазоне.