NASA tüftelt am Vakuum-Transistor

4. Juli 2016, 14:00 Uhr
NASA tüftelt am Vakuum-Transistor
NASA tüftelt am Vakuum-Transistor
Eigentlich ist es längst zu spät für ein Bauelement, das Halbleiter- und Röhrentechnik vereint, denn die Grabenkämpfe zwischen Anhängern glühender Drähte und Niederspannungsbauteilen sind schon gut 60 Jahre entschieden. Doch die NASA forscht an einem Bauteil, das mit Vakuum und dennoch auf Silizium-Basis arbeitet.

Selbstverständlich hat die NASA auch schon ein Patent für ihren ganz speziellen Röhrentransistor beantragt, den sie „gate insulated vacuum channel transistor“ nennt, was das Akronym GIVT ergäbe. Der Witz an der Sache ist, dass hier das „aktive Element“ tatsächlich weder Halbleiter noch sonst ein Festkörper ist, sondern eine extrem miniaturisierte Vakuumstrecke, obwohl der GIVT mit gängiger Silizium-Fertigungstechnik hergestellt werden kann. In das Silizium wird dabei eine kleine Kaverne hineingeätzt, die mit drei Elektroden (Source, Drain und Gate) abgedeckt wird. Source und Drain können dabei z. B. nur 150 nm voneinander entfernt sein und das (isolierte) Gate bildet den Deckel. Auf diese Weise steuert das Gate den Elektronenfluss.

Bei so kleinen Abständen kollidieren die Elektronen nicht, da sie im Mittel gut 1 µm weit fliegen, bevor sie mit etwas zusammentreffen. Die typische Betriebsspannung liegt im Bereich von 10 V, was gut zu moderner Elektronik passt. Der große Vorteil gegenüber gängigen Transistoren ist, dass die Grenzfrequenz der Vakuumkammer sehr, sehr viel höher liegt (THz-Bereich) als die eines Halbleiters. Wird die Flugstrecke der Elektronen übrigens weiter reduziert, dann ist nicht einmal ein Vakuum nötig, weil die Wahrscheinlichkeit der Kollision mit einem Gasmolekül mit kleineren Distanzen extrem abnimmt. Weitere Vorteile ist, dass eine Vakuumkammer sehr stabil ist und die Gate-Ströme minimal. Zudem ist sie auch unempfindlich gegen Strahlung. Auch die Eigenschaften lassen sich gut durch die Fertigung steuern. Höhere Leistungen sind durch massive Parallelschaltungen auf einem Chip möglich.
 
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