نسل جديد سخت افزار با لامپ هاي خلا

nهر چند لامپ‌هاي خلأ در دهه ۶۰ ميلادي به سرنوشت دايناسورها دچار شدند، اما محققان در تلاشند با طراحي نسخه‌هايي به اندازه نانو از اين لامپ‌ها، آنها را دوباره به كار بيندازند؛ چرا كه سخت‌تر و سريع‌تر از ترانزيستورهاست. اين نوع لامپ‌ حتي در مقابل تشعشع‌هاي فراكهكشاني نيز مقاوم است.

n

nاين لامپ‌ها كه ابتداي قرن گذشته ميلادي اختراع شد، ساده‌ترين راه‌ براي تقويت سيگنال‌هاي الكتريكي بود.

n

nهمانند لامپ‌هاي نوري، اينها هم از حباب‌هاي شيشه‌اي با يك رشته سيم نازك در مركز تشكيل شده‌ است اما بالاي اين رشته دو الكترود اضافه قرار دارد؛ ابتدا توري‌اي فلزي و در بالاي حباب، سطحي شارژشده‌. رشته گرم‌ شده جريان دائمي از الكترون‌هايي را منتقل مي‌كند كه توسط سطح با بار مثبت فلزي جذب مي‌شود.

n

nميزان جريان الكترون‌ها را مي‌توان با شارژ متفاوت توري فلزي كنترل كرد (يعني سيگنالي الكتريكي به اين توري بدهيم).

n

nبه اين ترتيب همانند خروجي بلندگوهاي گرامافون قديمي، جريان الكتريكي منتقل شده از رشته سيم به سطح فلزي قوي‌تر خواهد شد. در نتيجه سيگنال آمپلي‌فاي شده و قابل انتقال به بلندگو خواهد بود.

n

nلامپ‌هاي خلأ به لطف اختراع ترانزيستورها، مرگ آرامي را در دهه‌هاي ۵۰ و ۶۰ ميلادي تجربه كردند. بخصوص قابليت توليد انبوه ترانزيستورها هنگام توليد شيميايي سيليكون، اين مساله را تشديد كرد.

n

nترانزيستورها كوچك‌، ارزان‌ و بادوام‌تر بود، طوري كه درون يك ريزتراشه جمع مي‌شد و مقابل ورودي‌هاي پيچيده جواب‌هاي سريع‌تري مي‌داد و مي‌توانست به توليد رايانه‌هاي كوچك‌تر و قدرتمندتري منجر شود.

n

nاما ترانزيستورها از همه جهات بهتر نيستند؛ زيرا الكترون‌ها در جامدات آهسته‌تر از محيط خلأ حركت مي‌كنند و اين يعني ترانزيستورها عموما كندتر از لامپ‌هاي خلأ هستند؛ در نتيجه رايانش آنچنان كه بايد و شايد سريع نخواهد بود. در ثاني، نيمه‌هادي‌ها در مقابل تشعشع زياد آسيب‌پذير هستند و ساختار اتمي سيليكون چنان تغيير مي‌كند كه الكترون‌ها ديگر قادر به حركت درون اين مواد نيست.

n

nدر حال حاضر اين موضوع مشكل بزرگي براي امور نظامي و ناسا محسوب مي‌شود؛ چرا كه اين فناوري نمي‌تواند بدرستي در فضا (كه تشعشع در آنجا زياداست) كارايي داشته باشد.

n

nميا مياپان، مهندس مركز تحقيقات Ames در مافلد فيلد كاليفرنيا معتقد است: ناسا از همان رايانه‌هايي استفاده مي‌كند كه مردم عادي آن را به كار مي‌برند، اما نه دقيقا يكسان. سال‌ها زمان مي‌برد تا يك رايانه را در مقابل تشعشع مقاوم كنند. در غير اين صورت اگر يك رايانه عادي را درون يك سفينه بگذاريم، بسرعت خراب مي‌شود و ديگر كار نخواهد كرد.

n

nاين دستگاه جديد، چيزي ميان ترانزيستورهاي امروزي و لامپ‌هاي خلأ گذشته نه چندان دور است. اندازه آن كوچك است و بسادگي توليد مي‌شود، اما سريع و ضدتشعشع است. مياپان كه از توسعه‌دهندگان پروژه لامپ‌هاي خلأ نانو است، مي‌گويد اين لامپ‌ها با ايجاد حفره‌اي در سيليكون‌هاي فسفري توليد مي‌شود.

n

nاين حفره را سه الكترود پوشانده‌ است: منبع، دروازه و جداره آن. منبع و جداره فاصله‌اي ۱۵۰ نانومتري از يكديگر دارند و دروازه بر راس اين حفره نصب مي‌شود. الكترون‌ها از منبع به جداره منتقل ‌شده و دروازه انتقال اين الكترون را كنترل مي‌كند.

n

nدر مقاله‌اي كه اين گروه در نشريه Applied Physics Letters منتشر كرد، مياپان و همكارانش معتقد بودند لامپ‌هاي خلأ مي‌تواند در فركانس تا 0.46 تراهرتز فعاليت كند. اين فركانس در حال حاضر ۱۰ برابر سريع‌تر از بهترين ترانزيستورهاي سيليكوني است.

n

nلامپ توليدي اين گروه، نخستين تجربه در مينياتوري كردن لامپ‌هاي خلأ نيست. اين گروه پيش از اين موفق به توليد لامپ خلأ كامل نشده بود. فضاي ميان منبع و جداره آنقدر كوچك است كه احتمال برخورد الكترون‌ها با اتم‌هاي هوا در آنها بسيار اندك است. از اين رو، امكان توليد انبوه اين لامپ‌ها بيشتر مي‌شود.

n

nكريستل فوبلتز، مهندس الكترونيك كالج ايمپريال لندن با اين موضوع موافق است: طراحي لامپ‌هاي خلأ درون يك نيمه‌هادي مي‌توانند هزينه ساخت زيادي در برداشته باشد.

n

nاما وي معتقد است لامپ‌هاي خلأ نانو هنوز به مرحله آزمايش نرسيده و در حد يك طرح باقي مانده‌ است. البته يك دليل آن به محيط رايانه‌هاي امروزي برمي‌گردد، ترانزيستورها براي كار‌كردن تنها به يك ولت انرژي الكتريكي نياز دارد، در صورتي كه لامپ‌هاي خلأ نانو با كمتر از ۱۰ ولت كار نمي‌كند.

n

nاما پتانسيل اين لامپ‌ها بسيار بالاست. نسل نوين لامپ‌هاي خلأ براي استفاده‌هاي نظامي و فضايي بسيار مفيد است و زمان و هزينه بسيار كمتري در مقايسه با ترانزيستورهاي فعلي مصرف مي‌كند. همچنين فناوري تراهرتز، اين لامپ‌ها را يك قدم جلوتر از ترانزيستورها قرار مي‌دهد. اين فناوري مي‌تواند براي اسكن دقيق اشياء (در حد تشخيص ساختار مولكولي) به‌كار رود.

n

nبه عقيده مياپان، لامپ‌هاي خلأ نانو دوباره به توليد انبوه خواهد رسيد. با تركيب مدارهاي مجتمع و لامپ‌هاي خلأ مي‌توان به نسل نويني از سخت‌افزارهاي رايانه‌اي رسيد.

n

n 

n