About / Advertise
UPPDATERAD:Elektronröret gör comeback i nanoskala
Liten, snabb, strålningssäker, temperaturtålig – och lättillverkad. Det är egenskaperna hos en ny implementation av det gamla elektronröret. Tekniken fick stryka på foten på 60-talet när transistorn tog över. Men nu kan elektronröret komma tillbaka och vinna returmatchen.Nanorören är potentiellt betydligt snabbare än dagens transistorer och kan användas för att implementera digitallogik.
Dessutom är de tillverkade med dagens halvledarteknik, till skillnad från annan teknik som kandiderar för att tas i bruk som uppföljare till dagens transistorer när dessa når sin prestandagräns.
 Meyya Meyyappan |
Elektronröret kan alltså komma att vinna returmatchen mot transistorn, som för 50 år sedan övertog nästan alla tillämpningar från elektronröret.
I en artikel i tidskriften Applied Physics Letters beskriver forskarna bland annat hur de tillverkar nanoelektronröret. Etsa en liten grop i fosfordopat kisel, omge den med tre elektroder där gate placeras ovanpå source och drain. Där har du det enkla receptet. När en spänning läggs mellan source och drain avger source elektroner. Rörets gate styr elektronflödet över gropen.
I forskarnas testkonstruktion är source och drain separerade med 150 nm. Forskarna tror att avståndet kan krympas till 10 nm.
Experimentröret skulle enligt beräkningar kunna klockas till cirka 460 GHz – tio gånger snabbare än dagens transistorer. Med ytterligare processförbättringar skulle frekvensen enligt forskarna kunna dras upp ”en bra bit in i THz-området”.
Att elektronrör är snabbare än transistorer beror på att elektronerna färdas genom ett vakuum istället för genom ett fast material.
Det här är inte första gången någon försöker återskapa elektronröret. Nyheten är att detta rör inte behöver vakuum. Source och drain ligger så nära varandra att sannolikheten för kollisioner med atomer är liten. Avsaknaden av kravet på vakuum är ett nyckelskäl till att nanoelektronröret är möjligt att masstillverka i dagens halvledarprocesser.
Tekniken är på experimentstadiet och inte anpassad för masstillverkning.
– Men om branschen engagerar sig skulle det kanske kunna gå på fem år att komma dit. Alla processer är desamma som används för chiptillverkning idag. Det är kisel vi använder. Inget nytt behöver läras in eller uppfinnas, säger Meyya Meyyappan.
Matningsspänningen är tio volt men forskarna tror att andra material och en krympning kommer att kunna sänka den till en volt och lägre, och därmed göra tekniken kompatibel med dagens CMOS-logik.
Klassiska elektronrör drar mycket energi eftersom katoderna måste värmas upp för att avge elektroner. I nanoskala kan det bli möjligt att använda en kall katod eftersom ett elektriskt fält kan bli tillräckligt för att få elektroner att avges när avstånden är så små.
Som bonus är nanoelektronrören fortfarande – liksom sina förfäder på 50-talet – inte känsliga för strålning och mer tåliga mot höga temperaturer än transistorer. Det betyder att de överlever i rymdens joniserande strålning, till skillnad från dagens logik som måste tillverkas i strålningshärdade varianter.
Forskarna räknar upp kemiska sensorer, medicinsk diagnos, snabb telekommunikation och rymd som extra intressanta tillämpningsområden.
