Низковольтный ультрабыстродействующий вакуум-канальный транзистор

25.07.2014

Развитие кремниевых микросхем приблизилось к физическим пределам миниатюризации, и сейчас рассматривается несколько направлений дальнейшего развития технологии: углеродные нанотрубки, графен, нанопровода и проч. Вакуум-канальный транзистор (vacuum-channel transistor) дополняет этот список. Принцип работы вакуум-канального транзистора (ВКТ) аналогичен работе электронных ламповых триодов. В Питсбургском университете (США) продемонстрирована конструкция кремниевых транзисторов, в которых при подаче напряжения на МОП структуру металл-окисел-полупроводник (толщина окисла несколько нанометров) происходит эмиссия электронов в вакуумный канал, где на плоской поверхности  полупроводника формируется область  двумерного электронного газа;  при подаче напряжения (0,5 – 1,0 В) между истоком и стоком возникает рабочий ток (расстояние между истоком и стоком составляет несколько десятков нанометров). Исследователи компании NASA Ames (NASA - Национальное агентство по аэронавтике и исследованию космического пространства, США) экспериментально показали, что ВКТ транзисторы способны работать на частоте 460 Ггц - в 10 раз более высокой, чем частота наилучших кремниевых МОП транзисторов, т.е. с быстродействием, сопоставимым с прогнозируемым быстродействием графенового транзистора. Это делает вакуумные транзисторы идеальными кандидатами на применение в электронных устройствах, работающих в терагерцовом диапазоне, т.е. в диапазоне электромагнитных волн, расположенным между микроволновым и инфракрасным диапазонами,  открывая возможность их применения в новых медицинских системах, системах безопасности, устройствах детектирования различных химических веществ и многих других. Также показано, что технология изготовления  и сборки новых транзисторов  ВКТ совместима с технологией изготовления кремниевых ИС и МЭМС.  Продемонстрировано также отсутствие жестких требований к обеспечению герметичности вакуумируемых  микрополостей ВКТ. При нормальном атмосферном давлении длина свободного пробега электрона составляет около 200 нм, а в атмосфере гелия (имеющего высокую проникающую способность)  увеличивается до 1 мкм, т.е. до расстояний, превышающих практически используемое расстояние между истоком и стоком. Благодаря указанному фактору значительно снижается вероятность уменьшения подвижности электронов в канале. Исследователи полагают, что  устройства на основе вакуум-канальных транзисторах могут революционизировать современную электронику, резко повысив скорость её работы.

http://phys.org/news/2014-06-scientists-explore-mash-up-vacuum-tube.html

http://www.extremetech.com/extreme/185027-the-vacuum-tube-strikes-back-nasas-tiny-460ghz-vacuum-transistor-that-could-one-day-replace-silicon-fets