Hybrid aus Röhre und MOSFET

25. Juni 2014, 22:13 Uhr
Hybrid aus Röhre und MOSFET
Hybrid aus Röhre und MOSFET

Röhren groß wie Möhren dienten in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts als Verstärker. MOSFETs dominieren die moderne digitale Elektronik. Mit der Kombination dieser ungleichen Bauelemente scheinen überraschende Fähigkeiten möglich. Die Forscher Jin-Woo Han und Meyya Meyyappan vom NASA Ames Research Center in Kalifornien haben in der Fachzeitschrift „IEEE Spectrum“ die Details eines Transistors mit Vakuum-Kanal beschrieben. Ihrer Ansicht nach liegt hier die Zukunft des Transistors.

Nach 40 Jahren Miniaturisierung ist die Isolationsschicht für das Gate nur noch einige nm stark. Source und Drain trennen nur noch Bruchteile von nm. Transistoren können unmöglich noch kleiner werden. Trotzdem ist der Wettlauf nach kleineren und schnelleren Transistoren in vollem Gange. Von daher wird nach Alternativen gesucht und es werden Nanodrähte, Nanoröhren und Graphen erforscht. Es ist aber nicht sicher, wer hier das Rennen macht und ob es überhaupt einen solchen Fortschritt gibt. Stattdessen scheint es so zu sein, dass eine kleine Veränderung in der Produktion die alte Röhre zu neuem Leben erweckt. Die Forscher beschäftigen sich zwar schon einige Jahre mit Vakuum-Transistoren, doch die Forschung hierzu steht erst am Anfang. Dennoch sind die ersten Prototypen sehr vielversprechend.

Ein Prototyp konnte direkt bis zu 460 GHz arbeiten. Das ist etwa zehnfach schneller als die schnellsten Silizium-Transistoren. Von daher wird eine Frequenz von 1 THz angestrebt, denn diese fällt in die Lücke zwischen Mikrowellen und Infrarotlicht. Die Nutzung von THz-Wellen ist bislang sehr schwierig, da konventionelle Elektronik damit nicht umgehen kann.
Bislang haben Röhren nur in ein paar speziellen Nischen überlebt. Doch wenn man es als reines Medium für den Ladungstransport sieht, übertrifft das Vakuum die Halbleiter. Im Vakuum bewegen sich Elektronen nämlich frei und haben keine Kollisionen mit den Atomen in Kristallgittern. Der neue Hybrid-Transistor kann außerdem so klein und preiswert wie andere Halbleiter auch hergestellt werden. Damit werden die wichtigsten Einschränkungen der Röhre aufgehoben.

Bild: James Provost, NASA Ames Research Center, IEEE Spectrum

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