NASA napoveduje vrnitev elektronk
Raziskovalci ameriške vesoljske agencije NASA razvijajo naslednike tranzistorjev, ki bodo bistveno hitrejši od današnjih MOSFET-ov in bodo uporabljali lastnosti elektronk, ki so gradile prve računalnike pred iznajdbo tranzistorjev.
Sliši se domala neverjetno, da bi se elektronke v velikem slogu vrnile in izpodrinile kovinsko-oksidne tranzistorje na poljski efekt (MOSFET), in seveda se klasične elektronke ne vračajo. Utegne pa se vrniti nekaj principov, ki smo jih poznali v elektronkah.
Kot smo ugotavljali v najnovejši številki Monitorja, pri razvoju čipov že trkamo ob fizikalne meje, ko tranzistorjev ne bo mogoče več zmanjševati. Ena izmed rešitev je zlaganje več tranzistorjev v višino, druga pa zamenjava tranzistorjev z drugimi, hitrejšimi elektronskimi elementi. To sedaj poizkuša NASA.
Razvijajo tranzistor z vakuumskim kanalom (vacuum-channel transistor), ki bo združeval najboljše iz svetov tranzistorjev in elektronk. Glavna pomanjkljivost elektronk je segrevanje, saj je treba katodo zadosti segreti, da iz nje izhajajo elektroni, kar mimogrede prinese tudi dolgo ogrevanje in precejšnjo porabo energije, kvarno pa vpliva tudi na njihov rok trajanja. Novi tranzistorji z vakuumskim kanalom ne bodo potrebovali vroče katode, saj bodo tako majhni, da bo že sam poljski efekt zaradi močnega električnega polja elektrone vlekel čez vakuum. Druga težava elektronk je visok vakuum, ki ga je težko doseči in še teže vzdrževati, za nameček pa je ostanek plina zaradi izjemno nizkega tlaka in švigajočih elektronov nagnjen k ionizaciji, nastali kationi pa elektronko uničujejo. Če pa je pot dovolj kratka, za vakuum ni treba skrbeti. Srednja prosta pot molekule je povprečna razdalja, ki jo delec prepotuje pred trkom z drugim delcem in je funkcija gostote, temperature in vrste delca. Povprečna prosta pot elektronov v zraku je večja od dimenzij tranzistorja, kar jim daje zelo visoko verjetnost, da neovirano prepotujejo vakuumski kanal. Elektroni, ki pa bodo trčili v plin, ga ne bodo ionizirali, ker je napetost prenizka, da bi imeli dovolj energije.
Najlepša stvar pa je krmiljenje novega tranzistorja, ki je povsem enako kakor pri MOSFET-ih – s pritisnjeno napetostjo na vratih.
Kje je zanka? Raziskave so v zelo zgodnji fazi, priznava NASA. Do prvih procesorjev s temi tranzistorji bo trajalo še vsaj deset let, a prvi koraki so tu. Trenutni prototip deluje pri napetosti 10 V in frekvenco 460 GHz, v izgradnji pa je že nov, ki deluje pri 2 V, kar je že primerljivo z MOSFET-i. Nižja napetost pomeni nižjo porabo energije, obrabo in ceno. Saj veste, manj je več.
To pa že pomeni, da se bomo v prihodnosti končno lotili teraherčne vrzeli, kakor imenujemo področje frekvenc med 0,1 in 10 THz, kjer ne delujejo dobro niti električni niti optični elementi.