Текст: Александр Березин

Вакуумные электронные лампы вымерли в микроэлектронике в 1960-х, вытесненные транзисторами. Сейчас, когда транзисторы упёрлись в потолок своих возможностей, исследователи надеются вернуть лампы в компьютеры. Правда, уменьшив их до наномасштабов и сделав быстрее транзисторов.

Ну а устойчивее транзисторов к помехам и радиации радиолампы были с самого начала.

Электронные лампы были запатентованы в 1905 году; по конструкции простейшие из них — диоды — не очень сложны: обычная лампа накаливания с вакуумом внутри и двумя электродами над нитью. Из-за термоэлектронной эмиссии небольшой ток, приложенный к одному электроду, вызывал на втором значительно больший ток, а потому в качестве усилителей, в том числе в профессиональной аудиоаппаратуре, радиолампы используются до сих пор.

Транзисторы, появившиеся в 1950-х, меньше, легче, дешевле. Проблема в том, что электроны в вакууме двигаются быстрее, чем в твёрдом теле, которым являются полупроводники в транзисторах. Хуже того, транзисторы восприимчивы к радиации, и их использование в космосе — всегда риск, часто связанный с надёжностью космического аппарата.

Учёные из Научно-исследовательского центра Эймса (США) попробовали разработать гибрид сегодняшних транзисторов и вакуумных ламп минувших лет.

Нанорадиолампы производятся травлением по фотолитографическому методу — как и транзисторы. Травление поверхности из кремния, допированного фосфором, имеет целью создание трёх электродов, истока, стока и затвора, как в триоде, которым и является такая нанолампа. Исток и сток разделены тут всего 150 нм. Электроны испускаются истоком благодаря электрическому полю, приложенному перпендикулярно истоку и стоку, в то время как затвор управляет перетоком электронов через саму полость нанолампы.

Мейя Мейяппан, возглавлявший исследование, и его коллеги сообщают в журнале Applied Physics Letters, что частота работы их нанорадиоламп равна 0,47 ТГц, что более чем на порядок превосходит лучшие кремниевые транзисторы.

Нельзя сказать, что это первая попытка создания вакуумных наноламп. Предыдущие усилия сталкивались со сложностями создания вакуума в столь маленьких устройствах. Ныне исследователи не собирались добиваться «чистого» вакуума: на 150 нм шансы электронов столкнуться атомами очень малы даже при некотором количестве газов в такой лампе. В то же время есть и проблемы: чтобы включить нанорадиолампу, нужно приложить напряжение в 10 В (против 1 В для современных транзисторов). Это не позволяет напрямую использовать нанолампы в современных массовых микросхемах, по крайней мере до их перехода на более высокий вольтаж. Но для военных и космических задач эти сверхбыстрые и устойчивые к радиации «радиолампы 2,0» явно подойдут.

Подготовлено по материалам ScienceNOW.