Vakuumelektronik kan låta som antik historia. Men ett forskarlag från MIT berättade på IEDM om en modern variant som bådar gott för framtiden.

Kallkatoder (små elektronkanoner) i nanoutförande  byggs avgrupper av fältemittrar av nanotrådar som kan integreras med traditionell kiselteknik. De integrerade kretsarna kan möjliggöra kompakta nya RF-förstärkare och signalkällor som kan generera terahertz, IR och röntgen.
De kombinerar de positiva aspekterna av halvledare (med hög förstärkning och lågt brus) med de vakuumelektronik (hög effekt och hög verkningsgrad). De visade en strömtäthet av mer än 100 A/cm². Det är hundratals gånger mer än vad någon annan fältemissionskatod kan ge som drivs i kontinuerlig mod.
Samtidigt uppvisade komponenterna även lång livslängd och kunde arbeta på låg spänning. Varje sändare (6-8 nm spetsdiameter) ligger ovanpå en vertikal kiselnanotråd (10 µm lång och 100-200 nm i diameter). Nanotrådarna  fungerar som strömbegränsare som skyddar sändaren från eventuella skador från uppvärmning och överslag. Teamet (Stephen Guerrera et al, MIT)  byggde emitter-matriser så stora som 1000×1000.

På bilderna ovan, tagna med ett svepelektronmikroskop, ser vi till vänster en tvärsnittsvy av en strömbegränsande kiselnanotråd. Här är styroxiden avlägsnad för att detaljerna skall framgå. Till höger visas sändarna på 1 µm avstånd och med en gate-apertur av 350 nm.

Filed under: Halvledarteknik