Ứng dụng công nghệ bóng bán dẫn chân không

Bóng bán dẫn chân không là một trong những công nghệ để sản xuất các linh kiện yêu cầu chất lượng để sản xuất các thiết bị công cơ cao cấp như máy bay, tàu vũ trụ. Việc sử dụng công nghệ bóng bán dẫn bằng chân không để đảm bảo chất lượng cho những vật liệu công nghệ cao.

1. Công nghệ bóng bán dẫn chân không là gì?

Vào khoảng tháng 9/1976, Victor Ivanovich Belenko một phi công Xô Viết đã tự ý rời khỏi lộ trình bay trên vùng trời Siberia và đưa chiếc máy bay MiG-25 Foxbat tới một sân bay tại Hokkaido – Nhật Bản,khi hạ cánh được biết chiếc máy bay đó chỉ có thể bay thêm được 30s do lượng nhiên liệu đã cạn kiệt.

Sự việc này đối với phương Tây mang lại một lợi ích to lớn,đặc biệt hơn nó lại cực kỳ có giá trị đối với các nhà phân tích quân sự Mỹ,trong con mắt họ thời bấy giờ MiG-25 là loại vũ khí hàng đầu trên bầu trời. Các nhà khoa học quân sự khá bất ngờ đối với những công nghệ mà chiếc MiG-25 đang sở hữu,ngoài vỏ được chế tạo bằng thép và được sản xuất khá thô sơ thay vì titan trên các máy bay Mỹ.

Các hệ thống điện tử dựa chủ yếu trên các bóng đèn chân không thay vì bóng bán dẫn. Không lâu sau đó, Mỹ đã kết luận rằng các công nghệ hàng đầu Xô Viết lúc bấy giờ cũng đã cũ kỹ và chưa thể so sánh với các nước phương Tây.

2. Ứng dụng chân không trong bóng bán dẫn

Bóng chân không được có mặt trong các thiết bị tĩnh với nhu cầu năng lượng thấp đã được sử dụng tại Mỹ từ hai thập kỷ trước đó,không lâu sau các thiết bị bóng bán dẫn mới được sản xuất,có thể nói các bóng chân không gần như biến mất trong ngày nay do khả năng làm việc,hiệu quả và chi phí các bóng bán dẫn vượt trội hơn rất nhiều.

Hiện tại các nhà khoa học đã khiến rất nhiều người bất ngờ khi thay đổi một số chi tiết nhỏ trong quá trình chế tạo mạch tích hợp đã tái sinh các thiết bị chân không.Tại NASA-USA các nhà khoa học đã phát triển bóng bán dẫn kênh chân không (Vacuum-channel transistors),trên lý thuyết các bóng bán dẫn kênh chân không có thể vận hành gấp 10 lần so với bóng bán dẫn trên các thiết bị điện tử.

Xung nhịp được tính bằng Terahertz (1 THz = 1.000.000 Mhz),các linh kiện tĩnh không thể hoạt động trong môi trường này,đối với môi trường nhiệt độ và bức xạ các linh kiện chân không cũng có thể chịu đựng được trong một thời gian lớn.

Trong các máy nghệ radio truyền thống,những chiếc máy mà ở thời kỳ năm 1975 trở lại đây đều được sử dụng các bóng bán dẫn với kích thước khá gọn,đối với TV ở nửa đầu thế kỷ 20 chúng được sử dụng để kích tín hiệu nhưng trong các thiết bị số hiện đại.

Người ta lại sử dụng bóng bán dẫn MOSFETs (Metal-oxide semiconductor field-effect transistors),chúng đều có những điểm khá tương đồng như đều là những thiết bị sử dụng ba điểm đầu cuối.Mạng lưới với ống chân không ba cực đơn giản hoặc cổng của một MOSFETs điều khiển lượng điện di chuyển giữa cả hai: từ cực âm đến cực dương trong bóng chân không, và từ điểm nguồn tới điểm thoát trong MOSFET,chúng cũng đều là thiết bị với ba điểm đầu cuối.

Điểm khác biệt giữa bóng chân không và bóng bán dẫn silicon là sự di chuyển của dòng điện,bóng chân không dựa trên quy trình nhiệt xạ,làm nóng cực âm để đưa các electron vào môi trường chân không. Các bóng bán dẫn chúng di chuyển các dòng electron giữa nguồn và điểm phát qua lớp ngăn cách bằng vật liệu bán dẫn rắn.

3. Ứng dụng bóng bán dẫn trong cuộc sống

Sự kết hợp giữa bóng chân không và bóng bán dẫn trở thành công nghệ bóng bán dẫn chân không không quá phức tạp, việc sản xuất nó còn đơn giản hơn công nghệ bóng bán dẫn tuy nhiên nó còn khá sơ lược do không được tập trung nghiên cứu.

Có khá nhiều ý kiến cho rằng tương lai ngành công nghiệp điện tử hiện đại sẽ phụ thuộc nhiều vào loại thiết bị này. Nó có thể làm việc với yêu cầu tốc độ xử lý cực cao với xung nhịp lên tới 460GHz,đồng nghĩa với nó là lối đi dành cho những ứng dụng với các gọi tên là khoảng cách Terahertz.

Dù sao đi nữa cũng cần phải thừa nhận các nhà nghiên cứu sẽ có nhiều vấn đề cần giải quyết trước khi một mặt hàng được thương mại hóa trên ngành công nghiệp điện tử bán dẫn chân không.Tương lai tới đây khi các sản phẩm này trở thành hiện thực,chúng ta hãy chờ đón những khả năng mạnh mẽ cùng những giải pháp tuyệt vời để cuộc sống quanh ta thêm thú vị.