Equipe da NASA reinventa válvulas eletrônicas com transístor a vácuo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/01/2021

Transistores a vácuo do tipo p (positivo) e n (negativo) permitem a criação de circuitos completos.
[Imagem: Meyya Meyyappan]

Válvulas e transistores

As antigas válvulas eletrônicas, que, antes de serem substituídas pelos transistores, deram origem ao rádio, à TV e aos primeiros computadores, podem estar prestes a um retorno triunfante.

Pesquisadores da NASA usaram a mesma tecnologia usada pela eletrônica moderna (CMOS) para criar um transístor de emissão de campo a vácuo (VFET: Vacuum Field Emission Transistor) que opera a uma tensão abaixo dos 2 volts.

As válvulas eletrônicas nada mais eram do que diodos e transistores a vácuo, mas que exigiam tensões elevadas e esquentavam tanto quanto lâmpadas incandescentes, além de serem difíceis de miniaturizar.

Mas, nos últimos anos, nanotransistores a vácuo mostraram que essas "válvulas de última geração" podem superar a eletrônica sólida baseada nos transistores em alguns quesitos.

Transístor a vácuo

Jin-Woo Han e seus colegas do Centro de Pesquisas Ames da NASA criaram um transístor a vácuo, cuja grande vantagem é eliminar o canal de material semicondutor, trocando-o por um espaço vazio - os elétrons saltam por esse espaço vazio pelo fenômeno do tunelamento quântico.

O espaço vazio tem cerca de 50 nanômetros, e o transístor pode até mesmo funcionar com ar, em condições ambiente.

Contudo, para uma operação estável e confiável ao longo do tempo, são necessários níveis moderados de vácuo, com algumas centenas de militorr - o torr é uma unidade de pressão baseada em uma escala absoluta, definida como 1/760 da atmosfera padrão.

Eletrônica imune à radiação

Substituir o canal semicondutor pelo ar ou pelo vácuo é interessante porque isso torna o transístor imune a qualquer tipo de radiação, tornando esta uma tecnologia eletrônica interessante para aplicações extremas, como no espaço ou no interior de grandes equipamentos elétricos.

"A radiação que atinge os componentes convencionais de estado sólido cria todos os tipos de defeitos nos canais de materiais semicondutores e óxidos. Dependendo do tipo de defeitos e danos criados, o efeito pode se acumular lentamente e levar a um mau funcionamento, ou pode resultar em uma falha catastrófica do dispositivo. A ausência de um canal semicondutor ou material dielétrico no VFET o torna imune à radiação," disse Han.

A equipe conectou vários VFETs em série para formar um inversor, uma porta lógica muito usada na eletrônica, para demonstrar as possibilidades do seu transístor a vácuo. O próximo passo será construir circuitos completos.

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