Вакуумните тръби са причината по-ранните компютри като Eniac да тежат повече от 27 тона и да консумират електроенергия повече от един малък град. По-късно вакуумните тръби са заменени от може би едно от най-великите открития за всички времена – силиконовите транзистори – което позволява създаването на по-малки, по-бързи, по-евтини и надеждни компютри. Към момента силиконовите транзистори са достигнали своите граници и не могат да бъдат смалени повече и да оперират със скорост повече от 40 GHz (това е теоретичният максимум).
Затова екип учени от Ames Research Center на NASA се връщат назад в бъдещето за разработването на друг кандидат за замяна на MOSFET – вакуумно-канален транзистор, който е използван и изучаван от много години. Този вид транзистор е резултат от симбиозата между традиционната технология за вакуумни тръби и модерната технология за производство на полупроводници. Този хибрид комбинира най-добрите страни на вакуумните тръби и транзистори и може да бъде направен малък и евтин колкото днешните транзистори. Възможността да бъдат направени толкова малки елиминира основния недостатък на вакуумните тръби.
При вакуумните тръби електрическа жица, подобна на жиците в днешните крушки, се използва за загряване на катода достатъчно, за да емитира електрони. Това е причината, поради която вакуумните тръби се нуждаят от време, за да загреят и консумират толкова много енергия. Заради това и често изгарят вследствие на изпускане от стъкленото покритие на тръбата. Вакуумно-каналните транзистори не се нуждаят от жица или горещ катод. Ако са направени достатъчно малки, напречното електрическо поле е достатъчно, за да привлече електрони от източника чрез процес, познат като автоелектронна емисия. Премахването на тези елементи намалява и площта, която всеки транзистор заема на чипа, и ги прави енергийно ефективни.
Друга слаба страна на тръбите е, че те трябва да поддържат висок вакуум, за да бъдат избегнати сблъсъци между електроните и молекулите газ. Какво ще стане, ако разстоянието между катода и анода е по-малко от средното разстояние, което електронът изминава преди да се удари с молекула газ – разстояние познато като „дължина на свободния пробег”. Например дължината на свободния пробег на електроните във въздуха при нормално атмосферно налягане е около 200 нанометра, което на мащаба на днешните транзистори е доста голямо. Ако се използва хелий вместо въздух, дължината на свободен пробег се увеличава на 1 микрометър. Това означава, че електрон, движещ се през 100-нанометрово пространство с хелий, ще има само 10% вероятност да се сблъска с молекулите газ. Ако пространството се смали, вероятността за сблъсък ще бъде по-малка.
Все още екипът е в ранния етап на изследването, но вярва, че последните подобрения, които е направил върху вакуумно-каналния транзистор, ще имат голямо влияние върху електронната индустрия в бъдеще, особено там, където скоростта е от първостепенно значение. При първия си опит да направи прототип екипът създава устройство, което оперира при 460 GHz – приблизително 10 пъти по-бързо от най-добрия силиконов транзистор. Това прави вакуумно-каналния транзистор много обещаващ за работа в така наречената терахерцова област – диапазон от електромагнитния спектър между микровълните и далечното инфрачервено излъчване.
Такива честоти, които са между 0,1 и 10 терахерца, са полезни за наблюдение на опасни материали и за сигурни високоскоростни телекомуникации. Това са само част от приложенията им. Но е трудно да се възползваме от терахерцовите вълни, защото стандартните полупроводници са неспособни да генерират или да засекат такова излъчване. Вакуумните транзистори могат да запълнят „дупката”. Тези транзистори могат да намерят приложение в бъдещите микропроцесори.
Прототипът на вакуумно-канален транзистор работи при 10 волта, но екипът е убеден, че може да намали волтажа до 1 или 2 волта като намали разстоянието между анода и катода.
Екипът от NASA в момента е изправен пред пречка, която среща всяка нова технология – създали са един вакуумно-канален транзистор в лаборатория и сега трябва да създадат по-голям брой върху един компютърен чип.
