Структура некоторых обычных кремниевых транзисторов способна выдержать нагрев до температуры в 350 градусов по шкале Цельсия, при более высокой температуре структура транзисторов уже претерпевает необратимые изменения. Поэтому для работы в условиях высокой температуры используются транзисторы из других полупроводниковых материалов, к примеру, карбида кремния, который выдерживает нагрев до 550 градусов. Но существует еще один вид транзисторов – плазменные транзисторы, которые были разработаны около пяти лет назад и которые работают при температурах, сопоставимых с температурой в активной зоне ядерных реакторов, при этом, на их работу практически не влияет радиоактивное ионизирующее излучение. И недавно группа исследователей из университета Юты создала миниатюрные плазменные транзисторы, размеры которых в 500 раз меньше чем размеры подобных транзисторов, созданных в более ранний период.
“Логические схемы, созданные на базе плазменных транзисторов и способные сохранять работоспособность при чрезвычайно высоких температурах, могут стать основой электроники и компьютеров, которые будут управлять роботами, выполняющими работу в непосредственной близи от активных зон ядерных реакторов” – рассказывает Мэссуд Тэбиб-Азар (Massood Tabib-Azar), профессор электротехники и информатики университета Юты, – “Кроме этого такая электроника будет сохранять работоспособность в случае ядерных ударов и других чрезвычайных ситуаций, пожаров и техногенных катастроф”.
В обычных транзисторах, имеющих три электрода, напряжение, приложенное к управляющему электроду, затвору, управляет электрическим током, текущим через полупроводниковый канал от стока к истоку. Напряжение, потенциал которого выше определенного порога, переключает транзистор в активное, открытое состояние. Канал плазменного транзистора состоит из частично ионизированного газа, плазмы. Эмитент электронов, как правило кремний, вводит и насыщает плазму свободными электронами когда на электрод эмитента подано напряжение соответствующей полярности и транзистор открывается. Существующие плазменные транзисторы, которые используются в некоторых источниках света и медицинском оборудовании, имеют размер около 500 микрометров и работают при разности потенциалов в 300 Вольт, требуя использования высоковольтных источников напряжения.
Новые транзисторы, созданные исследователями из Юты, имеют размер порядка 5 микрон и работают при напряжении в 50 Вольт. Они изготовлены на стеклянной подложке, на поверхность которой напылен слой из специального металлического сплава, покрытого тонким слоем кремния. Кремниевое покрытие неоднородно, на нем искусственно созданы впадины и пустые места, заполняющиеся плазмой, формирующей канал плазменного транзистора. В качестве тела плазмы используется газообразный гелий, которым заполнено внутреннее пространство конструкции транзистора.
В настоящее время исследователи работают над соединением плазменных транзисторов в схему логических элементов, работа которой будет проверена в активной зоне экспериментального ядерного реактора университета Юты. Но электроника, работающая в ядерных реакторах, является не единственной областью применения плазменных транзисторов. Их можно использовать в роли микроскопического источника рентгеновского излучения, матрицы из которых позволят избежать необходимости использования громоздких и дорогостоящих устройств, преломляющих и фокусирующих лучи рентгеновского излучения.
