Top.Mail.Ru
Последняя информация о COVID-19
Электронные вакуумные лампы станут будущим электронной техники
6 февраля 2014 в 23:52

Электронные вакуумные лампы станут будущим электронной техники

Назад в будущее? Нет, вперед по спирали)
Электронные вакуумные лампы станут будущим электронной  техники

Было время, когда вся электроника создавалась на основе электронных вакуумных ламп.

Электронные вакуумные лампы станут будущим электронной  техники

В современной электронике для выполнения этих всех функций используются транзисторы, которые изготавливаются в промышленных масштабах при весьма низкой их себестоимости.

Исследователи из Исследовательского центра НАСА имени Эймса (NASA Ames Research Center) разработали технологию производства наноразмерных электронных вакуумных ламп, что позволит в будущем создать более быстро и более надежно работающие компьютеры в самых жестких условиях эксплуатации.

Электронную вакуумную лампу называют вакуумной из-за того, что это стеклянный сосуд с вакуумом внутри. Внутри лампы есть нить накаливания, но она разогревается до более низкой температуры нежели нити обычных осветительных ламп. Так же, внутри электронной вакуумной лампы имеется положительно заряженный электрод, одна или несколько металлических сеток, с помощью которых управляют электрическим сигналом, проходящим через лампу.

Нить накала нагревает электрод лампы, который создает в окружающем пространстве облако электронов, и чем выше температура электрода, тем на большее расстояние от него могут удалиться свободные электроны. Когда это электронное облако достигает положительно заряженного электрода, то через лампу может течь электрический ток. Тем временем, регулируя полярность и значение электрического потенциала на металлической сетке, можно усилить поток электронов или прекратить его вообще. Таким образом, лампа может служить усилителем и коммутатором электрических сигналов.

Электронные вакуумные лампы, хоть редко, но используются сейчас, в основном для создания высококачественных акустических систем. Даже самые лучшие образцы полевых транзисторов не могут обеспечить того качества звука, которое обеспечивают электронные лампы. Это происходит по одной главной причине, электроны в вакууме, не встречая сопротивления, перемещаются с максимальной скоростью, чего невозможно добиться при движении электронов сквозь твердые полупроводниковые кристаллы.

Электронные вакуумные дампы более надежны в работе нежели транзисторы, которые достаточно просто вывести из строя. К примеру, если транзисторная электроника попадает в космос, то рано или поздно ее транзисторы выходят из строя, «поджаренные» космическим излучением. Электронные лампы же практически не подвержены воздействию радиации.

Создание электронной вакуумной лампы, размерами не превышающей размеры современного транзистора, является огромной проблемой, особенно в массовом производстве. Изготовление крошечных индивидуальных вакуумных камер — это сложнейший и дорогой процесс, который применяют только в случаях острой необходимости. Но ученые НАСА решили эту проблему достаточно интересным путем, оказалось, что при уменьшении размеров электронной лампы менее некоторого предела наличие вакуума перестает быть необходимым условием. Наноразмерные вакуумные лампы, у которых имеется нить накаливания и один электрод, имеют размеры в 150 нанометров. Зазор между электродами лампы настолько мал, что наличие в нем воздуха не является помехой для их работы, вероятность столкновения электронов с молекулой воздуха стремиться к нулю.

Для создания миниатюрных электронных ламп инженеры использовали традиционную технику производства транзисторов — фотолитографию. С ее помощью в кремнии создавали миниатюрные полости, на дне которых располагались эмиттер (катод, излучающий электроны) и коллектор (анод, собирающий электроны). Расстояние между ними составляло всего 150 нанометров. Сверху находилась база, управляющая током между эмиттером и коллектором. В классической лампе ей соответствует сетка.

Прибор работал в точности как классическая электронная лампа: при создании напряжения между катодом и анодом электроны устремлялись от первого ко второму с эффективностью, которая зависела от управляющего напряжения на базе. Напряжение между катодом и анодом, после которого начиналась эмиссия электронов, составляло около 10 вольт, что существенно больше, чем в обычных транзисторах. По словам экспертов, это пока является самым главным недостатком устройства.

По словам создателей, миниатюрная лампа смогла работать при частотах в 0,46 терагерц, что в 10 раз больше, чем максимальная частота лучших кремниевых транзисторов. Характерно, что для ее работы не потребовалось создавать в полости вакуум — лампа была настолько мала, что это делало крайне низкой вероятность встречи электрона с молекулой газа на пути между катодом и анодом.

Естественно, впервые новые наноэлектронные лампы появятся в электронном оборудовании космических кораблей и аппаратов, где устойчивость электроники к радиации имеет первостепенное значение. Помимо этого, электронные лампы могут работать на частотах, в десятки раз превышающих частоты работы самых лучших экземпляров кремниевых транзисторов, что в будущем позволит на их основе создавать компьютеры, намного более быстрые, чем те, которые мы используем сейчас

668
Комментарии (0)

Выберите из списка
2020
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008