Los tubos de vacío inicialmente jugaron un papel central en el desarrollo de dispositivos electrónicos. Hace unas décadas, sin embargo, los investigadores comenzaron a reemplazarlos con transistores semiconductores, pequeños componentes electrónicos que se pueden utilizar tanto como amplificadores como interruptores.

Aunque los tubos de vacío ahora rara vez se utilizan en el desarrollo de la electrónica, tienen varias ventajas importantes sobre los transistores. Por ejemplo, normalmente permiten un funcionamiento más rápido, mejor inmunidad al ruido y mayor estabilidad en entornos extremos o duros.

En un estudio reciente, Los investigadores del Centro de Investigación Ames de la NASA han demostrado que los transistores de canal de vacío a nanoescala se pueden fabricar en obleas de carburo de silicio. Fabricar este tipo de transistor en la escala de obleas podría permitir en última instancia su uso generalizado, haciéndolos una alternativa viable a la electrónica de estado sólido.

"Los dispositivos electrónicos listos para usar tienen muy poco uso para las misiones espaciales debido al impacto de la radiación, "Meyya Meyyappan, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "Típicamente, Se necesitaría un blindaje contra la radiación o un diseño de circuito avanzado con detección de radiación, todos los cuales son caros, consume mucho tiempo y da como resultado un hardware que no es el más moderno. Hemos combinado lo mejor de la física del vacío y la fabricación de circuitos integrados modernos para producir transistores de vacío a nanoescala para superar las deficiencias anteriores ".

Al fabricar el transistor de canal de vacío a nanoescala, Jinwoo Han, el investigador responsable del diseño y fabricación, siguió un proceso similar al empleado al construir MOSFET convencionales (transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico). La única diferencia fue que reemplazó el canal de semiconductores, que en los MOSFET se coloca entre la fuente y el drenaje, con un canal vacío.

"A diferencia de nuestros trabajos anteriores sobre nano transistores de vacío de puerta envolvente de silicio, hemos cambiado la orientación esta vez a vertical en lugar de a un transistor horizontal, "Meyyappan explicó." Dado que el canal no tiene nada, los electrones pueden ser más rápidos que en los semiconductores donde experimentan dispersión con la red, y por tanto, la frecuencia o velocidad de funcionamiento puede ser mayor ".

El transistor de canal de vacío a nanoescala presentado por la investigación se fabricó en obleas de carburo de silicio de 150 mm. Al evaluar su desempeño, los investigadores encontraron que la corriente de excitación de su transistor escala linealmente con el número de emisores en la plataforma fuente.

Meyyappan y sus colegas también compararon su desempeño con el logrado por transistores de canal de vacío de silicio fabricados simultáneamente. Sus pruebas revelaron que el dispositivo de carburo de silicio ofrece una estabilidad a largo plazo significativamente superior, lo que podría ser particularmente beneficioso para aplicaciones en el espacio y en otros entornos desafiantes.

"Hemos fabricado nuestros transistores de canal de vacío de escala de características sub-100 nm en sistemas de material de carburo de silicio y silicio, "Han dijo a TechXplore." Su rendimiento es alentador y los transistores no se ven afectados por la radiación. La implicación es que podemos utilizar nuestra infraestructura de fabricación actual y sistemas de materiales conocidos para fabricar dispositivos de vacío ultrapequeños ".

En el futuro, los hallazgos recopilados por Meyyappan, Han y sus colegas podrían promover la reintroducción de transistores de canal de vacío para la fabricación de electrónica, particularmente para aquellos diseñados para ser utilizados en el espacio. Mientras tanto, los investigadores planean usar los transistores que desarrollaron para construir circuitos, para aplicarlos y probarlos en entornos de la vida real.

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