RTU zinātnieki ar partneriem rada mikroelektronikas inovāciju

Mikrotriode ir mikroshēmu sastāvdaļa, kas kontrolē elektronu plūsmu. To var salīdzināt ar elektronu slēdzi, ko veido trīs galvenās daļas: katods (elektronu avots), anods (kur iet elektroni) un vadības režģis starp tiem, kas atļauj vai bloķē elektronu plūsmu.

RTU Mašīnzinību, transporta un aeronautikas fakultātes Biomedicīnas inženierzinātņu un nanotehnoloģiju institūts sadarbībā ar Latvijas Universitātes (LU) Ķīmiskās fizikas institūtu un Rīgas pusvadītāju aparātu rūpnīcu «Alfa RPAR» ir atradis jaunu veidu, kā izveidot īpaši efektīvu elektronu avotu (katodu) vakuuma mikrotriodei, neizmantojot sarežģītas un dārgas metodes. Šis katods darbojas, pamatojoties uz lauka elektronu emisijas principa. Tas nozīmē, ka, izveidojot spēcīgu elektrisko lauku apkārt katodam, elektroni tiek izvilkti ārā no tā virsmas. Šie izvilktie elektroni pēc tam tiek izmantoti, lai pārnestu vai pastiprinātu elektriskos signālus mikroelektronikā.

Lai mikrotriodes darbība būtu efektīvāka, katoda galam ir jābūt pēc iespējas asākam, līdzīgi kā mēs asinām zīmuli, lai tas labāk rakstītu. Ja katods ir tikai dažu nanometru ass (nanometrs ir metra miljardā daļa), ap katoda galu veidojas ļoti koncentrēts un spēcīgs elektriskais lauks, kas veicina elektronu iziešanu no katoda virsmas. Parasti, lai izveidotu tik asu katodu, izmanto sarežģītas vertikāli stāvošās struktūras, piemēram, nanovadus. Šādas struktūras izgatavo, pielietojot sarežģītas un dārgas nanotehnoloģijas metodes, kas palielina gala produkta izmaksas.

RTU kopā ar partneriem izmantoja citu pieeju mikrotriodes katoda izveidošanai, proti, mikroelektronikā un Latvijā tradicionālās «planārās (plakanās) pusvadītāju metodes». Tā vietā, lai izveidotu vertikālas struktūras, planārajā tehnoloģijā uz plakanas virsmas (silīcija plāksnes) uzklāj īpašu materiālu slāņus, kas var dažādi vadīt elektrību. To varētu iedomāties kā plakanu pilsētu, kas ir uzcelta uz neliela silīcija gabala. Šajā pilsētā ir īpaši ceļi un ēkas, un vienai konkrētai ēkai – katodam – ir nanometru asa mala. 

Lai izgatavotu katodu ar nanometru aso malu, partneri izmantoja «fotolitogrāfiju».  Šajā metodē izmanto speciālu trafaretu, kuru novieto uz plakanas virsmas, kas ir pārklāta ar īpašu materiālu, kas reaģē uz gaismu, piemēram, sacietē vai kļūst mīkstāks. Kad trafaretu apstaro ar gaismu un pēc tam noņem, uz virsmas paliek raksts, kas ir identisks trafareta attēlam. Lai izveidotu katodu ar smalku formu, šo iegūto rakstu partneri ir modificējuši īpašā veidā, izmantojot kodināšanu ar ķīmiskām vielām. 

Mikrotriodes izstrādi līdzfinansē Eiropas Reģionālās attīstības fonds projektā Nr. 1.1.1.1/20/A/109 «Planāra lauka emisijas mikrotriodes struktūra». Pētījumā rūpnīca «Alfa RPAR» izgatavo mikrotriožu eksperimentālus paraugus un nosaka to elektriskos parametrus, savukārt RTU un LU pārbauda mikrotriodes slāņu kvalitāti, pētot to ķīmiskās saites, elementu sastāvu, virsmas ģeometriju mikro un nano mērogā, slāņu virsmas elektrisko lādiņu un termisko stabilitāti.

Izgatavotās mikrotriodes ir paredzēts izmantot audio sistēmās skaņas pastiprināšanai, lai dabūtu dzīvās skaņas efektu. Tomēr šādas mikrotriodes, kas darbojas uz lauka emisijas principa, varētu rast savu pielietojumu arī plakanajos displejos, medicīniskajās ierīces un zinātniskajos instrumentos augstās enerģijas radiācijas staru iegūšanai, bezvadu sakaros un ātrgaitas datu pārraides sistēmās.

Lai iepazīstinātu ar projektā «Planāra lauka emisijas mikrotriodes struktūra» paveikto un stiprinātu sadarbību ar industriju, 9. novembrī projekta partneri aicina uz semināru  nozares pārstāvjus un citus interesentus. Seminārā paredzētas projekta rezultātu prezentācijas un diskusija. Interesentiem būs iespēja arī iepazīt RTU Biomedicīnas inženierzinātņu un nanotehnoloģiju institūta laboratorijas.