(Phys.org) —Embora os tubos de vácuo fossem os componentes básicos dos primeiros dispositivos eletrônicos, na década de 1970, eles foram quase inteiramente substituídos por transistores semicondutores. Mas nos últimos anos, pesquisadores têm desenvolvido "transistores de canal de vácuo em nanoescala" (NVCTs) que combinam o melhor dos tubos de vácuo e semicondutores modernos em um único dispositivo.

Comparado aos transistores convencionais, NVCTs são mais rápidos e mais resistentes a altas temperaturas e radiação. Essas vantagens tornam os NVCTs candidatos ideais para aplicações como comunicações de espaço profundo tolerantes à radiação, dispositivos de alta frequência, e eletrônicos THz. Eles também são candidatos a estender a lei de Moore - que afirma que o número de transistores em um chip de computador dobra aproximadamente a cada dois anos - que deve em breve atingir um obstáculo devido às limitações físicas de encolher transistores semicondutores.

Por outro lado, tubos de vácuo tradicionais têm certas desvantagens em comparação com transistores semicondutores, o que os tornou obsoletos. Notavelmente, os tubos de vácuo são muito grandes e consomem muita energia.

Com os novos NVCTs, o tamanho não é mais um problema porque os novos dispositivos são produzidos usando técnicas modernas de fabricação de semicondutores, e assim pode ser feito tão pequeno quanto alguns nanômetros de diâmetro. Considerando que os tubos de vácuo tradicionais se parecem com lâmpadas, NVCTs se parecem mais com transistores semicondutores típicos e só podem ser vistos em um microscópio eletrônico de varredura.

Para abordar a questão mais urgente do consumo de energia, em um novo estudo, os pesquisadores Jin-Woo Han, Dong-Il Moon, e M. Meyyappan no Centro de Pesquisa Ames da NASA em Moffett Field, Califórnia, projetaram um NVCT baseado em silício com uma estrutura de porta aprimorada que reduz a tensão de acionamento de dezenas de volts para menos de cinco volts, resultando em um menor consumo de energia. Seu trabalho foi publicado em uma edição recente da Nano Letras .

Em um NVCT, a porta é o componente que recebe a tensão de acionamento e, com base nesta voltagem, ele controla o fluxo de elétrons entre dois eletrodos. Em contraste, nos velhos tubos de vácuo, elétrons foram liberados aquecendo o emissor do dispositivo. Como os elétrons viajaram através do vácuo (a lacuna do vácuo), eles se moviam em velocidades muito altas, o que levou à operação rápida.

Em NVCTs, não há realmente um vácuo, mas, em vez disso, os elétrons viajam por um espaço cheio de um gás inerte como o hélio à pressão atmosférica. Uma vez que a distância entre os eletrodos é tão pequena (tão pouco quanto 50 nm), a probabilidade de um elétron colidir com uma molécula de gás é muito baixa, e assim os elétrons se movem tão rapidamente através desse "quase-vácuo" quanto no vácuo real. Mesmo com a ocorrência de algumas colisões, as moléculas de gás não são ionizadas devido à tensão operacional mais baixa.

Talvez a maior vantagem dos novos transistores a vácuo seja sua capacidade de tolerar altas temperaturas e radiação ionizante, o que os torna candidatos promissores para os ambientes hostis freqüentemente experimentados por aplicações militares e espaciais. No novo estudo, os pesquisadores demonstraram experimentalmente que os NVCTs continuam a operar no mesmo nível de desempenho em temperaturas de até 200 ° C, enquanto os transistores convencionais deixariam de funcionar a essa temperatura. Os testes também mostraram que os novos NVCTs são robustos contra a radiação gama e de prótons.

No futuro, os pesquisadores planejam melhorar ainda mais o desempenho dessa "nova e velha" tecnologia.

"Os planos de pesquisas futuras incluem trabalho de modelagem de dispositivos em nanoescala, incluindo estrutura e propriedades do material, "Han disse Phys.org . "Também planejamos estudar os mecanismos de envelhecimento para melhorar a confiabilidade e a vida útil."

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