(Phys.org)—Bien que les tubes à vide aient été les composants de base des premiers appareils électroniques, dans les années 1970, ils ont été presque entièrement remplacés par des transistors à semi-conducteurs. Mais ces dernières années, les chercheurs ont développé des "transistors à canal sous vide à l'échelle nanométrique" (NVCT) qui combinent le meilleur des tubes à vide et des semi-conducteurs modernes en un seul appareil.

Par rapport aux transistors conventionnels, Les NVCT sont plus rapides et plus résistants aux températures élevées et aux radiations. Ces avantages font des NVCT des candidats idéaux pour des applications telles que les communications spatiales lointaines tolérantes aux rayonnements, appareils à haute fréquence, et électronique THz. Ils sont également candidats à l'extension de la loi de Moore - qui stipule que le nombre de transistors sur une puce informatique double environ tous les deux ans - ce qui devrait bientôt se heurter à un barrage routier en raison des limitations physiques des transistors à semi-conducteurs rétrécis.

D'autre part, les tubes à vide traditionnels présentent certains inconvénients par rapport aux transistors semi-conducteurs, ce qui les a rendus obsolètes. Notamment, les tubes à vide sont très gros et consomment beaucoup d'énergie.

Avec les nouveaux NVCT, la taille n'est plus un problème car les nouveaux dispositifs sont produits à l'aide de techniques modernes de fabrication de semi-conducteurs, et peut donc être aussi petit que quelques nanomètres de diamètre. Alors que les tubes à vide traditionnels ressemblent à des ampoules, Les NVCT ressemblent davantage à des transistors semi-conducteurs typiques et ne peuvent être vus qu'au microscope électronique à balayage.

Pour répondre au problème plus urgent de la consommation d'énergie, dans une nouvelle étude, les chercheurs Jin-Woo Han, Dong-il Lune, et M. Meyyappan au NASA Ames Research Center à Moffett Field, Californie, ont conçu un NVCT à base de silicium avec une structure de grille améliorée qui réduit la tension de commande de dizaines de volts à moins de cinq volts, d'où une consommation d'énergie moindre. Leurs travaux sont publiés dans un récent numéro de Lettres nano .

Dans un NVCT, la grille est le composant qui reçoit la tension de commande et, sur la base de cette tension, il contrôle le flux d'électrons entre deux électrodes. En revanche, dans les vieux tubes à vide, des électrons ont été libérés en chauffant l'émetteur de l'appareil. Parce que les électrons ont voyagé dans le vide (l'espace vide), ils se déplaçaient à très grande vitesse, ce qui a conduit à l'opération rapide.

Dans les NVCT, il n'y a pas vraiment de vide, mais au lieu de cela, les électrons voyagent à travers un espace rempli d'un gaz inerte tel que l'hélium à la pression atmosphérique. Étant donné que la distance entre les électrodes est si petite (aussi peu que 50 nm), la probabilité qu'un électron entre en collision avec une molécule de gaz est très faible, et ainsi les électrons se déplacent aussi rapidement à travers ce "quasi-vide" qu'ils le font dans un vide réel. Même avec quelques collisions, les molécules de gaz ne sont pas ionisées en raison de la tension de fonctionnement inférieure.

Le plus grand avantage des nouveaux transistors à vide est peut-être leur capacité à tolérer des températures élevées et des rayonnements ionisants, ce qui en fait des candidats prometteurs pour les environnements difficiles souvent rencontrés par les applications militaires et spatiales. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont démontré expérimentalement que les NVCT continuent de fonctionner au même niveau de performance à des températures allant jusqu'à 200 °C, alors que les transistors conventionnels cesseraient de fonctionner à cette température. Les tests ont également montré que les nouveaux NVCT sont robustes contre les rayonnements gamma et protons.

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'améliorer encore les performances de cette "nouvelle ancienne" technologie.

« Les futurs plans de recherche comprennent des travaux de modélisation de dispositifs à l'échelle nanométrique, y compris la structure et les propriétés des matériaux, " Han a dit Phys.org . "Nous prévoyons également d'étudier les mécanismes de vieillissement pour améliorer la fiabilité et la durée de vie."

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