(Phys.org) —Aunque los tubos de vacío eran los componentes básicos de los primeros dispositivos electrónicos, en la década de 1970 fueron reemplazados casi por completo por transistores semiconductores. Pero en los últimos años, Los investigadores han estado desarrollando "transistores de canal de vacío a nanoescala" (NVCT) que combinan lo mejor de los tubos de vacío y los semiconductores modernos en un solo dispositivo.

En comparación con los transistores convencionales, Los NVCT son más rápidos y resistentes a las altas temperaturas y la radiación. Estas ventajas hacen que los NVCT sean candidatos ideales para aplicaciones tales como comunicaciones de espacio profundo tolerantes a la radiación, dispositivos de alta frecuencia, y electrónica THz. También son candidatos para extender la ley de Moore, que establece que el número de transistores en un chip de computadora se duplica aproximadamente cada dos años, lo que se espera que pronto se tope con un obstáculo debido a las limitaciones físicas de los transistores semiconductores que se encogen.

Por otra parte, Los tubos de vacío tradicionales tienen ciertas desventajas en comparación con los transistores semiconductores, lo que hizo que se volvieran obsoletos. Notablemente, Los tubos de vacío son muy grandes y consumen mucha energía.

Con los nuevos NVCT, el tamaño ya no es un problema porque los nuevos dispositivos se producen utilizando técnicas modernas de fabricación de semiconductores, y por lo tanto puede hacerse tan pequeño como unos pocos nanómetros de diámetro. Mientras que los tubos de vacío tradicionales parecen bombillas, Los NVCT se parecen más a los transistores semiconductores típicos y solo se pueden ver con un microscopio electrónico de barrido.

Para abordar el problema más urgente del consumo de energía, en un nuevo estudio, los investigadores Jin-Woo Han, Dong-Il Moon, y M. Meyyappan en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California, han diseñado un NVCT basado en silicio con una estructura de puerta mejorada que reduce el voltaje de accionamiento de decenas de voltios a menos de cinco voltios, resultando en un menor consumo de energía. Su trabajo se publica en un número reciente de Nano letras .

En un NVCT, la puerta es el componente que recibe la tensión de accionamiento y, basado en este voltaje, controla el flujo de electrones entre dos electrodos. A diferencia de, en los viejos tubos de vacío, los electrones se liberaron calentando el emisor del dispositivo. Debido a que los electrones viajaron a través de un vacío (la brecha de vacío), se movían a velocidades muy altas, lo que llevó a la operación rápida.

En NVCT, en realidad no hay un vacío, pero, en cambio, los electrones viajan a través de un espacio lleno de un gas inerte como el helio a presión atmosférica. Dado que la distancia entre electrodos es tan pequeña (tan solo 50 nm), la probabilidad de que un electrón choque con una molécula de gas es muy baja, y así los electrones se mueven tan rápidamente a través de este "cuasi-vacío" como lo hacen en un vacío real. Incluso con algunas colisiones que ocurren, las moléculas de gas no se ionizan debido al voltaje de funcionamiento más bajo.

Quizás la mayor ventaja de los nuevos transistores de vacío es su capacidad para tolerar altas temperaturas y radiación ionizante. lo que los convierte en candidatos prometedores para los entornos hostiles que suelen experimentar las aplicaciones militares y espaciales. En el nuevo estudio, los investigadores demostraron experimentalmente que los NVCT continúan funcionando al mismo nivel de rendimiento a temperaturas de hasta 200 ° C, mientras que los transistores convencionales dejarían de funcionar a esta temperatura. Las pruebas también mostraron que los nuevos NVCT son robustos contra la radiación gamma y de protones.

En el futuro, los investigadores planean mejorar aún más el rendimiento de esta tecnología "nueva y antigua".

"Los planes de investigación futuros incluyen el trabajo de modelado de dispositivos a nanoescala, incluyendo la estructura y las propiedades del material, "Han dijo Phys.org . "También planeamos estudiar los mecanismos de envejecimiento para mejorar la confiabilidad y la vida útil".

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