NeoFronteras

Las NASA está desarrollando una nueva generación de tubos de vacío que permitirá hacer chips resistentes a la radiación del espacio.

Fuente: Shane Gorski/Creative Commons.

Algunos, de pequeñitos, sólo conocimos la televisión en blanco y negro. Además, en aquellos tiempos la televisión solamente contaba dos cadenas. Era sin duda otro tipo de televisión, tanto desde el punto de vista de los contenidos como de la tecnología empleada.
Lo peor que podía suceder es que, de vez en cuando, ese tipo de televisores dejaba de funcionar súbitamente. Esto se solía deber a que se habían fundido una “lámpara”, es decir, uno de los tubos o válvulas de vacío había dejado de funcionar. Estos tubos tenían unos filamentos similares a los de las antiguas bombillas que terminaban por fundirse con el uso.
Lo mejor de esos tiempos es que las cosas se reparaban, pues estaban pensadas para ser reparadas y no se tiraban. Si la tele dejaba de funcionar entonces se avisaba a un técnico que venía a arreglártela. A veces podía tardar días y para un niño, cuyo único entretenimiento en las largas tardes-noches de inverno era ver la tele, se trataba de una larga espera. Pero cuando se tenía un poco de uso de razón se podía abrir la tele por detrás, teniendo cuidado de no recibir una descarga del condensador ni del sistema de alto voltaje, y ver cuál de los tubos no lucía. La idea era sacarlo de su zócalo y llevarlo a una tienda de electrónica. Entonces se decía eso de “¿tiene una lámpara como esta?”, con el consiguiente por favor, claro. A la vuelta, y enchufando el nuevo tubo en su lugar, se podía recuperar el funcionamiento del televisor.
La verdad es que por esa época los televisores eran ya de los pocos dispositivos que tenían tubos de vacío. Las radios y otros aparatos tenían transistores desde hacía mucho tiempo, incluyendo los tocadiscos. Sólo los amplificadores de alta potencia llegaron a mantener los tubos.
La verdad es que los transistores de silicio consumían muchas menos energía, disipaban menos calor y eran mucho más compactos que los tubos de vacío. Ganaron la batalla muy rápidamente y sólo quedaban algunas reliquias que usaran tubos, como los televisores de blanco y negro antiguos. Los transistores permitían además hacer circuitos integrados, lo que nos proporciono todo tipo aparatos electrónicos, incluyendo los ordenadores.
Pero los tubos de vacío tienen ciertas ventajas sobre los transistores. Además de usarlos en aplicaciones de alta potencia, los tubos pueden ser más rápidos que los transistores y resisten mejor las radiaciones.
Puede que parezca ridículo volver a usar tubos de vacío, pero la NASA cree que puede usarlos, previamente mejorados, para ciertas aplicaciones. En el espacio exterior puede haber demasiadas radiaciones, sobre todo en ciertos lugares y momentos, y los tubos de vacío resistirían esas condiciones. Así que se han puesto a desarrollar dispositivos integrados que usan tubos de vacío.
Un tubo de vacío consta de una ampolla de vidrio en la que se ha hecho el vacío que contiene un filamento incandescente. Si se trata de un triodo, sobre el filamento habrá otros electrodos, una rejilla y una placa cargada positivamente (aunque en general la geometría es cilíndrica). Los electrones pueden viajar del filamento cargado negativamente a la placa y ser controlados por el voltaje de la rejilla. Este esquema permite la amplificación de una señal.
Los electrones en el tubo de vacío se mueven mucho más rápido que los electrones por el semiconductor de un transistor. Además, la radiación puede alterar la estructura cristalina del semiconductor, y que este deje de funcionar adecuadamente. La radiación no afecta al tubo de vacío.
Las computadoras que la NASA pone en el espacio (y similares a las que usamos todos) tienen que pasar un periodo de varios años hasta que los técnicos consiguen hacer que sean resistentes a la radiación. Un computador sin blindar y sin ser modificado dejaría de funcionar en el espacio al poco tiempo.
Meyya Meyyappan, un ingeniero de la NASA, y su equipo han conseguido desarrollar nanotubos de vacío. El tubo se basa en una cavidad grabada en silicio dopado con fósforo. La cavidad está bordeada por tres electrodos que hacen de fuente, sumidero y puerta. La fuente y el sumidero están separados por 150 nanometros mientras que la puerta está encima. Los electrones son emitidos por la fuente gracias a un voltaje aplicado entre ella y el sumidero, mientras que su flujo es controlado por la puerta.
Este tipo de tubo de vacío es capaz de alcanzar una frecuencia de 0,46 Terahertz, es decir, es unas 10 veces más rápido que los transistores de silicio habituales. Por otro lado, necesita 10 voltios para operar frente al voltio de los transistores.
La ventaja de trabajar a estos tamaños es que no se necesita practicar ningún vacío, pues la probabilidad de que los electrones choquen con átomos del aire a esa escala es muy reducida.
El prototipo abre las puertas a la producción en masa a coste reducido. Como está basado en las mismas técnicas fotolitográficas de los chips actuales, tampoco se necesita crear una nueva industria. Aunque se podrán crear circuitos integrados con ellos, lamentablemente los chips obtenidos no serán muy compatibles con los habituales debido a la diferencia de voltaje a la que deberán operar.
Pero los nuevos chips de “tubos de vacío” ahorraran trabajo y costes a la NASA porque serán resistentes a las radiaciones. Además podrán operar en la gama del espectro electromagnético en torno al terahertz, entre las ondas de radio y el infrarrojo. Esto permitirá el estudio del espectro de emisión de ciertas moléculas o podrá usarse en sistemas de seguridad de aeropuertos. Una muy buena aplicación de la tecnología basada en ondas del terahertz es en el diagnóstico no invasivo. Permitirá hacer, por ejemplo, mamografías precisas y frecuentes si correr los riesgos de los rayos X.
No está nada mal para los viejos dinosaurios de tubos de vacío, casi extintos durante las últimas décadas. Aunque seguro que habrá algún melómano que diga que los tubos dan una sonoridad que no dan los transistores.

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Fuentes y referencias:
Science.
Artículo técnico original.