Что такое "Вакуумные интегральные микросхемы"

[Alex9797]

Когда я учился в университете, интегральную электронику нам читал один препод, который был помешан на этих вакуумных микросхемах. При каждой возможности он сначала упоминал вскользь о них, а потом заводился, и рассказывал о них до конца лекции. Мы частенько злоупотребляли этим, когда становилось скучно.

Так вот, он рассказывал, что основой этих микросхем являются микроскопические вакуумные триоды, с холодными катодами. Размеры таких триодов - порядка нескольких микрон, поэтому плотность монтажа в таких микросхемах могла соперничать с полупроводниковыми.
Эмиссия электронов с холодного катода обеспечивалась за счет его формы. Катод представлял собой острие, с очень острым концом. А известно, что напряженность поля обратно пропорциональна радиусу закругления. В результате, даже при очень низких напряжениях между катодом и анодом, напряженность поля была огромной, вполне достаточной для возникновения холодной эмиссии.

Конечно же, нас интересовало, а чем эти микросхемы лучше полупроводниковых? А достоинств оказалось немало. Вот только некоторые из них:

1. Эти микросхемы не боятся радиации. В космосе, на АЭС, в военке - им были бы очень рады.
2. Эти микросхемы могут работать при высоких температурах, до 600 Цельсия, и выше. Одна из областей применения - получение информации из сверхглубоких скважин
3. Благодаря значительно более высокой скорости электронов в вакууме, по сравнению с полупроводниками, и с учетом очень малого расстояния между анодом и катодом - такие триоды могут работать на очень высоких частотах.

С тех пор прошло много лет. Но за все это время об этих микросхемах ничего не было слышно. Интересно, какова их судьба? Или их тихонечко где-то делают, и секретно пихают в военную и космическую технику?
Для интереса я попробовал поискать хоть какую-нибудь информацию о них. Не густо... Вот что удалось нарыть в гугле:


1. Совсем небольшая заметочка:
http://foez.narod.ru/n9.htm

2.А это страничка с какого-то форума
Вот цитата оттуда:

Инженеры скрестили вакуумные лампы с транзисторами
(http://lenta.ru/news/2012/05/24/nanobulb/)Инженеры создали миниатюрные электронные радиолампы, сочетающие свойства вакуумных ламп и кремниевых транзисторов. Планируется, что они смогут стать основой быстрых и устойчивых к радиации вычислительных устройств. Работа опубликована в журнале Applied Physics Letters, ее краткое содержание приводит ScienceNow.

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.

Целью создания миниатюрных ламп является стремление инженеров обойти врожденные недостатки кремниевых транзисторов. Во-первых, они не могут работать на таких высоких частотах, на которых работают лампы. Это связано с тем, что подвижность электронов в кремнии ниже, чем в вакууме. Во-вторых, транзисторы менее устойчивы к радиации и ионизирующему излучению.

Если инженерам удастся создать эффективные и небольшие вычислительные устройства на основе ламп, то они окажутся полезны для астронавтов и военных, имеющих дело с радиацией. Кроме того, они могут стать компонентами приборов, работающих в терагерцовом диапазоне.

3. А это - довольно серьезная статья на эту тему: ВАКУУМНАЯ МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Надеюсь, что многим эта информация будет интересна.

[zoog]

[kazus]Не написали самого главного - как у них со звуком[/kazus]

[Alex9797]

как у них со звуком

В усилителях им самое место. Теплый ламповый звук.

[igor1000]

Теплый ламповый звук.

Эмиссия то холодная откуда теплый.

[biver1]

Патент в тему:
http://www.findpatent.ru/patent/225/2250534.html

[ForcePoint]

Эмиссия то холодная откуда теплый.

Электроны разгоняются полем. Энергия ~ температура.

[индюк]

я только одного не пойму - диэлектрическая прочность вакуума какая? если там микроны или даже нанометры то напряжение то какое должно быть чтоб не пробило? микровольты, нановольты?

[igor1000]

Электроны разгоняются полем. Энергия ~ температура.

А, теперь понятно, если есть поле, то есть тепло.
То-то слухачи полюбили усилители на полевиках.

[Oleg_Bratkov]

Ещё из оксида золота делали для них катоды, у него при 20 градусах Цельсия достаточная эмиссия электронов. Предполагалось термостатирование аппаратуры. Ну и ЛБВ длинной в сантиметр - это сотни гигагерц...