नैनोस्केल वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर

नैनोस्केल खालीपन -चैनल ट्रांजिस्टर (एनवीसीटी) एक ट्रांजिस्टर है जिसमें इलेक्ट्रॉन परिवहन माध्यम एक  वेक्यूम - ट्यूब  की तरह एक वैक्यूम होता है। एक पारंपरिक ठोस-अवस्था ट्रांजिस्टर में, स्रोत और नाली के बीच एक अर्धचालक चैनल मौजूद होता है, और अर्धचालक के माध्यम से धारा प्रवाहित होती है। हालाँकि, एक नैनोस्केल वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर में, स्रोत और नाली के बीच कोई सामग्री मौजूद नहीं है, और इसलिए, धारा निर्वात के माध्यम से बहती है।

सैद्धांतिक रूप से, एक वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर से पारंपरिक सॉलिड-स्टेट ट्रांजिस्टर की तुलना में तेजी से काम करने की उम्मीद की जाती है, और इसमें उच्च पावर आउटपुट और कम ऑपरेशन वोल्टेज है। इसके अलावा, वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर से पारंपरिक ट्रांजिस्टर की तुलना में उच्च तापमान और विकिरण स्तर पर काम करने की उम्मीद की जाती है उन्हें अंतरिक्ष अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त बनाना।

वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर का विकास अभी भी बहुत प्रारंभिक अनुसंधान चरण में है, और हाल के साहित्य में केवल ऊर्ध्वाधर क्षेत्र-उत्सर्जक वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर जैसे सीमित अध्ययन हैं, गेट-इंसुलेटेड प्लानर इलेक्ट्रोड वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर, ऊर्ध्वाधर वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर, और ऑल-अराउंड गेट वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर।

इतिहास
डायोड में पारंपरिक क्षेत्र-उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करने की अवधारणा का उल्लेख पहली बार केनेथ शोल्डर्स के 1961 के एक लेख में किया गया था। हालाँकि, क्षेत्र-उत्सर्जक इलेक्ट्रॉन स्रोत के निर्माण की तकनीकी कठिनाई के कारण, ऐसे डायोड को लागू नहीं किया गया था।

जैसे-जैसे माइक्रोफैब्रिकेशन का क्षेत्र उन्नत हुआ, क्षेत्र-उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन स्रोतों का निर्माण संभव हो गया, जिससे वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर का मार्ग प्रशस्त हुआ। पहला सफल कार्यान्वयन गैरी एट अल द्वारा रिपोर्ट किया गया था। 1986 में. हालाँकि, प्रारंभिक वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर उच्च गेट सीमा वोल्टेज से पीड़ित थे और ठोस-अवस्था ट्रांजिस्टर के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सके।

माइक्रोफैब्रिकेशन में हालिया प्रगति ने स्रोत और नाली के बीच वैक्यूम-चैनल की लंबाई को कम करने की अनुमति दी है, जिससे गेट थ्रेशोल्ड वोल्टेज 0.5V से काफी कम हो गया है, जो वर्तमान सॉलिड-स्टेट ट्रांजिस्टर के गेट थ्रेशोल्ड वोल्टेज के बराबर है।

जैसे-जैसे सॉलिड-स्टेट ट्रांजिस्टर का संकुचन अपनी सैद्धांतिक सीमा तक पहुँच रहा है, वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर एक विकल्प प्रदान कर सकते हैं।

सरलीकृत ऑपरेशन
एक नैनोस्केल वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर मूलतः एक वैक्यूम ट्यूब का एक लघु संस्करण है। इसमें एक क्षेत्र-उत्सर्जक इलेक्ट्रॉन स्रोत, एक कलेक्टर इलेक्ट्रोड और एक गेट इलेक्ट्रोड होता है। इलेक्ट्रॉन स्रोत और कलेक्टर इलेक्ट्रोड एक छोटी दूरी से अलग होते हैं, आमतौर पर कई नैनोमीटर के क्रम की। जब स्रोत और कलेक्टर इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज लागू किया जाता है, तो फ़ील्ड उत्सर्जन | फ़ील्ड-उत्सर्जन के कारण, इलेक्ट्रॉन स्रोत इलेक्ट्रोड से उत्सर्जित होते हैं, अंतराल के माध्यम से यात्रा करते हैं और कलेक्टर इलेक्ट्रोड द्वारा एकत्र किए जाते हैं। वैक्यूम-चैनल के माध्यम से वर्तमान प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए एक गेट इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है।

नाम के बावजूद, वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर को खाली करने की आवश्यकता नहीं है। इलेक्ट्रॉनों द्वारा तय किया गया अंतर इतना छोटा है कि वायुमंडलीय दबाव पर गैस के अणुओं के साथ टकराव इतना कम होता है कि कोई फर्क नहीं पड़ता।

लाभ
पारंपरिक सॉलिड-स्टेट ट्रांजिस्टर की तुलना में नैनोस्केल वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर के कई फायदे हैं जैसे उच्च गति, उच्च आउटपुट पावर, और उच्च तापमान पर संचालन और मजबूत विकिरणों के प्रति प्रतिरोधक क्षमता। सॉलिड-स्टेट ट्रांजिस्टर की तुलना में वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर के फायदों पर नीचे विस्तार से चर्चा की गई है:

उच्च गति
एक ठोस-अवस्था ट्रांजिस्टर में, इलेक्ट्रॉन अर्धचालक जाली से टकराते हैं और बिखरने से पीड़ित होते हैं जो इलेक्ट्रॉनों की गति को धीमा कर देता है। दरअसल, सिलिकॉन में इलेक्ट्रॉनों का वेग 1.4×10 तक सीमित होता है7 सेमी/सेकेंड. हालाँकि, निर्वात में इलेक्ट्रॉन बिखरने से प्रभावित नहीं होते हैं और प्रकाश की गति (3×10) के करीब वेग तक पहुँच सकते हैं10 सेमी/सेकेंड). इसलिए, एक वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर सिलिकॉन सॉलिड-स्टेट ट्रांजिस्टर की तुलना में तेज गति से काम कर सकता है।

उच्च तापमान पर संचालन
सिलिकॉन का ऊर्जा अंतराल|बैंड-गैप 1.11eV है, और सिलिकॉन के अर्धचालक गुणों को बनाए रखने के लिए इलेक्ट्रॉनों की तापीय ऊर्जा इस मान से कम रहनी चाहिए। यह सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के ऑपरेटिंग तापमान पर एक सीमा लगाता है। हालाँकि, शून्य में ऐसी कोई सीमा मौजूद नहीं है। इसलिए, एक वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर बहुत अधिक तापमान पर काम कर सकता है, जो केवल इसके निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के पिघलने के तापमान से सीमित होता है। वैक्यूम-ट्रांजिस्टर का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जा सकता है जहां उच्च तापमान के प्रति सहनशीलता की आवश्यकता होती है।

विकिरण के प्रति प्रतिरक्षा
विकिरण एक ठोस-अवस्था ट्रांजिस्टर में परमाणुओं को आयनित कर सकता है। ये आयनित परमाणु और संबंधित इलेक्ट्रॉन स्रोत और संग्राहक के बीच इलेक्ट्रॉन परिवहन में हस्तक्षेप कर सकते हैं। हालाँकि, वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर में कोई आयनीकरण नहीं होता है। इसलिए, वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर का उपयोग उच्च विकिरण वाले वातावरण जैसे बाहरी अंतरिक्ष या परमाणु रिएक्टर के अंदर किया जा सकता है।

नुकसान
वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर का प्रदर्शन स्रोत इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉनों के क्षेत्र उत्सर्जन पर निर्भर करता है। हालाँकि, उच्च विद्युत क्षेत्र के कारण, स्रोत इलेक्ट्रोड समय के साथ ख़राब हो जाते हैं, जिससे उत्सर्जन धारा कम हो जाती है। इलेक्ट्रॉन स्रोत इलेक्ट्रोड के क्षरण के कारण, वैक्यूम-चैनल ट्रांजिस्टर खराब विश्वसनीयता से ग्रस्त हैं।

अग्रिम पठन

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 * Solution for next generation nanochips comes out of thin air