NASA aposta em transistores a vácuo para eletrônicos espaciais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/09/2019

O transístor a vácuo tem as vantagens das antigas válvulas, sem suas deficiências.
[Imagem: Jin-Woo Han et al. - 10.1021/acs.nanolett.6b04363]

Renascimento das válvulas

As válvulas tiveram um papel central no desenvolvimento dos aparelhos eletrônicos. Algumas décadas atrás, no entanto, elas foram substituídas pelos transistores semicondutores, criando a eletrônica de estado sólido.

Embora os tubos de vácuo das válvulas hoje sejam raramente usados - válvulas continuam sendo fabricadas, mas sua aplicação se restringe a alguns nichos de alta potência - eles têm várias vantagens importantes sobre os transistores. Por exemplo, eles normalmente permitem uma operação mais rápida, melhor imunidade a ruídos e maior estabilidade em ambientes extremos ou severos.

Por isso, não causou grande surpresa quando, em 2012, pesquisadores apresentaram um transístor a vácuo, uma versão modernizada das antigas válvulas.

Agora, pesquisadores do Centro de Pesquisa Ames, da NASA, demonstraram que os transistores de canal de vácuo em nanoescala podem ser fabricados em pastilhas de carbeto de silício usando as técnicas atuais da indústria eletrônica.

A fabricação desse tipo de transístor na escala de wafer pode, em última análise, permitir seu uso generalizado, tornando os componentes a vácuo uma alternativa viável aos eletrônicos de estado sólido.

O segredo da maior eficiência é um canal de vácuo, em vez de um semicondutor, o que permite que os elétrons viajem mais rapidamente.
[Imagem: ACS/Nano Letters]

Transístor a vácuo

Para fabricar o transistor de canal de vácuo em nanoescala, Jinwoo Han e seus colegas seguiram um processo semelhante ao empregado na construção dos MOSFETs (transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico). A única diferença foi que ele substituiu o canal semicondutor, ou base, que nos MOSFETs é colocado entre o coletor e o emissor, por um canal vazio.

"Diferentemente dos nossos trabalhos anteriores sobre nanotransistores de vácuo com porta cercada por silício, invertemos a orientação desta vez para vertical, em vez de um transistor horizontal," explicou Meyya Meyyappan, membro da equipe. "Como o canal não tem nada, os elétrons podem ser mais rápidos do que nos semicondutores, onde experimentam a dispersão na rede [cristalina do semicondutor] e, portanto, a frequência ou velocidade de operação pode ser maior."

Esta técnica poderá promover a reintrodução dos transistores de canal de vácuo para a fabricação de eletrônicos, particularmente para aqueles projetados para serem usados no espaço.

"Os eletrônicos de prateleira têm muito pouco uso para missões espaciais por causa do impacto da radiação," salientou Meyyappan. "Normalmente, seria necessário blindagem contra radiação ou um projeto avançado de circuito com reconhecimento de radiação, todos os quais são caros, demorados e resultam em hardware que não é o estado da arte. Combinamos o melhor da física do vácuo e da moderna fabricação de circuitos integrados para produzir transistores a vácuo em nanoescala para superar essas deficiências."

Como próximo passo, os pesquisadores planejam usar os transistores de vácuo que desenvolveram para construir circuitos, a fim de aplicá-los e testá-los em condições reais de utilização.

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