Die Vakuum-Röhre kommt zurück - im Nano-Format

Bevor die Silizium-Transistoren in den 1960er Jahren ihren Siegeszug in der Elektronik antraten, kamen üblicherweise Vakuum-Röhren zum Einsatz. Diese kehren nun zurück. Forscher haben entsprechende Bauelemente entwickelt, die nun allerdings keine großen Glasröhren mehr sind, sondern in den Bereich der Nano-Technologie gehören. In der Praxis könnten die neuen Komponenten in einigen Bereichen zukünftig eine wichtige Rolle spielen. Denn sie arbeiten einerseits schneller als herkömmliche Halbleiter-Transistoren und sind vor allem robuster. Dies macht sie beispielsweise für den Einsatz in Bereichen mit harter radioaktiver Strahlung oder für die Raumfahrt außerhalb des Erd-Orbits interessant.

Bei den Raumfahrtagenturen werden beispielsweise lange aufwändige Tests durchgeführt, welche Chips der ungebremsten Strahlung außerhalb von Erd-Atmosphäre und -Magnetfeld standhalten. Die feinen Strukturen werden oft nur zu schnell vom Sonnenwind zerstört. Die meisten handelsüblichen Systeme, die in unserem Alltag problemlos funktionieren, würden innerhalb einer Raumsonde auf dem Weg zu einem anderen Planeten beispielsweise schnell durchbrennen.

Am NASA Ames Research Center im kalifornischen Moffett Field entwickelte man daher nun ein Bauelement, dass im Grunde ein Hybrid aus einem heutigen Transistor und einer alten Vakuumröhre darstellt. Hier wurden mehrere Elektroden in einer kleinen Ausbuchtung in einer mit Phosphor angereicherten Silizium-Umgebung angebracht.

Zwischen ihnen befindet sich lediglich ein Raum von 150 Nanometern, die der Elektronenstrahl zu überbrücken hat. Ein Vorteil, den das Bauelement von den alten Röhren mitbringt, ist die höhere Geschwindigkeit, mit der die Elektronen sich im Vakuum bewegen. Laut den Forschern der NASA arbeitet man hier mit Taktfrequenzen von 0,46 Terahertz, was dem Zehnfachen der schnellsten Silizium-Transistoren entspricht.

Die Elektroden müssen bei dem Bauelement nicht einmal in einem richtigen Vakuum arbeiten. Die Bauweise ist bereits klein genug, dass es relativ unwahrscheinlich ist, dass die Elektronen unterwegs mit einem anderen Atom zusammenstoßen, hieß es. Das ist ein entscheidender Vorteil, wenn es darum geht, die Entwicklung in die Massenproduktion zu bringen.