Les tubes à vide ont d'abord joué un rôle central dans le développement des appareils électroniques. Il y a quelques décennies, cependant, les chercheurs ont commencé à les remplacer par des transistors à semi-conducteurs, petits composants électroniques qui peuvent être utilisés à la fois comme amplificateurs et commutateurs.

Bien que les tubes à vide soient maintenant rarement utilisés dans le développement de l'électronique, ils présentent plusieurs avantages importants par rapport aux transistors. Par exemple, ils permettent généralement un fonctionnement plus rapide, une meilleure immunité au bruit et une plus grande stabilité dans des environnements extrêmes ou difficiles.

Dans une étude récente, des chercheurs du NASA Ames Research Center ont démontré que des transistors à canal sous vide à l'échelle nanométrique peuvent être fabriqués sur des plaquettes de carbure de silicium. La fabrication de ce type de transistor à l'échelle du wafer pourrait permettre à terme leur généralisation, ce qui en fait une alternative viable à l'électronique à semi-conducteurs.

"L'électronique standard a très peu d'utilité pour les missions spatiales en raison de l'impact des radiations, " Meyya Meyyappan, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "Typiquement, une protection contre les rayonnements ou une conception avancée de circuits sensibles aux rayonnements seraient nécessaires, qui sont tous chers, beaucoup de temps et se traduisent par un matériel qui n'est pas à la pointe de la technologie. Nous avons combiné le meilleur de la physique du vide et de la fabrication de circuits intégrés modernes pour produire des transistors à vide à l'échelle nanométrique afin de surmonter les lacunes ci-dessus. »

Lors de la fabrication du transistor à canal sous vide à l'échelle nanométrique, Jinwoo Han, le chercheur responsable de la conception et de la fabrication, a suivi un processus similaire à celui utilisé lors de la construction des MOSFET conventionnels (transistors à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique). La seule différence était qu'il a remplacé le canal semi-conducteur, qui dans les MOSFET est placé entre la source et le drain, avec un canal vide.

"Contrairement à nos travaux antérieurs sur les nano-transistors à vide à grille surround en silicium, nous avons basculé l'orientation cette fois vers la verticale au lieu d'un transistor horizontal, " expliqua Meyyappan. " Puisque la chaîne n'a rien, les électrons peuvent être plus rapides que dans les semi-conducteurs où ils subissent une diffusion avec le réseau, et ainsi la fréquence ou la vitesse de fonctionnement peut être plus élevée."

Le transistor à canal sous vide à l'échelle nanométrique présenté par la recherche a été fabriqué sur des plaquettes de carbure de silicium de 150 mm. Lors de l'évaluation de ses performances, les chercheurs ont découvert que le courant d'entraînement de leur transistor évolue linéairement avec le nombre d'émetteurs sur la pastille source.

Meyyappan et ses collègues ont également comparé ses performances à celles obtenues par des transistors à canal sous vide en silicium fabriqués simultanément. Leurs tests ont révélé que le dispositif en carbure de silicium offre une stabilité à long terme nettement supérieure, ce qui pourrait être particulièrement bénéfique pour les applications dans l'espace et dans d'autres environnements difficiles.

"Nous avons fabriqué nos transistors à canal sous vide à échelle inférieure à 100 nm dans des systèmes de matériaux en silicium et en carbure de silicium, " Han a déclaré à TechXplore. " Leurs performances sont encourageantes et les transistors ne sont pas affectés par le rayonnement. L'implication est que nous pouvons utiliser notre infrastructure de fabrication actuelle et nos systèmes de matériaux connus pour fabriquer des dispositifs à vide ultra petits. »

À l'avenir, les conclusions recueillies par Meyyappan, Han et leurs collègues pourraient promouvoir la réintroduction des transistors à canal sous vide pour la fabrication de l'électronique, en particulier pour ceux conçus pour être utilisés dans l'espace. Pendant ce temps, les chercheurs prévoient d'utiliser les transistors qu'ils ont développés pour construire des circuits, afin de les appliquer et de les tester en situation réelle.

© 2019 Réseau Science X