VERON A63
Friese Wouden
____________

VERON afdeling Friese Wouden
Afdelingsblad 'CQ Friese Wouden'

Bron: Marinade

De radiobuis komt terug

De Micro-vacuümbuis

Tientallen jaren vormden vacuümbuizen het kloppend hart van radio's, platenspelers en televisies. In het binnenste van ieder apparaat verspreiden ze een warm schijnsel, als waren het gezellige huiskammertjes. Maar 50 jaar geleden ruimde de vacuumbuis het veld voor de eerste transis- tors, de voorlopers van de huidige chip-technologie. Toch gelooft
elektronicus Jens Foerster in de terugkeer van de vacuumbuis, zij het in geminiaturiseerde vorm. Aan de TU in Delft ontwikkelde hij een micro-vacuumbuis op chip: twee micron hoog en vier micron in doorsnede. (1 micron is 1/1000mm). Het is relatief eenvoudig om op een chip een vacuumholte te maken, met een bijtende vloeistof ets je een kuiltje in de siliciumchip, waarop je een dekseltje van aluminium dampt.

Het vacuum krijgt Foerster min of meer cadeau, want het opdampen van aluminium gebeurt bij zeer lage druk. Zit het dekseltje er eenmaal op, dan blijft die lage luchtdruk in de holte bewaard. Lastiger was het om de elektroden van de tranditionele diode vacuumbuis op de chip te integreren. Het gaat om een gloeidraad (emitter), waaruit elektronen vrijkomen en een anode, waar de vrijgemaakte deeltjes naartoe getrokken worden. De elektronen kunnen alleen van emitter naar anode, niet terug. Probleem was voor Foerster, dat elektronen door hitte nauwelijks uit sillicium te jagen zijn. Pas bij 3000
C zouden de elektronen spontaan uit een gloeidraadje van het chipmateriaal springen.

In Foersters microvacuumbuis worden deeltjes daarom een handje geholpen, de emitter kreeg de vorm van een scherpe naald op de bodem van de microvacuumbuis. Op de naaldpunt balt zich het elektrische veld samen, waardoor plaatselijk een enorme veldsterkte ontstaat. Tientallen miljoenen V/m. Het veld is sterk genoeg om de elektronen
uit de punt te trekken. De emitternaald wordt uitgespaard bij het etsen van de vacuumholte.

Door het ragfijne puntje vloeit een bescheiden stroompje van ca. 1 micro Ampere. Dat is niet veel, beaamt Foerster, de emitter van een traditionele vacuumbuis produceert aanzienlijk meer. Maar, zet je een paar duizend naalden naast elkaar, dan ontstaat er toch een behoorlijke stroom door de micro-vacuumbuis. Eenmaal uit de punten van de naalden getrokken, bewegen de elektronen zich naar de bovenkant van de vacuumbuis, waar direct onder het aluminiumdeksel de anode zit. Doerster, die eind 1998 op het onderwerp promoveerde, denkt dat zijn micro-vacuum eletronica vooral in extreme situaties van pas komen. Chips met vacuumbuizen zouden prima dienst kunnen doen in chemische installaties, of in kernreactoren, waar hoge temperatuur of de stralingsintensiviteit gewone chips onbruikbaar maakt.

Bij temperaturen boven 150 C verdwijnt de zogenoemde 'dotering' uit de halfgeleider<N>schakelingen, verontreinigingen die de componeten hun specifieke eigenschappen geven. Straling maakt in het chip-materiaal elektronen vrij die de elektronenhuishouding in de war brengen. In de vacuumbuis heb je dat probleem niet, legt Foerster uit. Vacuum is vacuum, dat gaat niet kapot.

De microvacuum-elektronica houdt niet op bij de diode.Onlangs kwamen Foerster's eerste complete micro-triodes uit het chip-laboratorium. In zo'n triode zit naast de emitter en anode ook nog een regelelektrode die de elektronenstroom onderweg afremt of versnelt om het signaal te moduleren. In Foersters microtriode zit de stuurelektrode direct rond de emitter-naald. Varieer je de spanning, dan varieert ook de elektronenstroom door de buis. Daarmee kan in principe iedere elektronische schakeling met microvacuum buizen worden uitgevoerd. Zelfs de ouderwetse buizenradio kan nagebouwd worden op miniatuurmodel. Alleen jammer, dat het warme schijnsel aan de achterkant ontbreekt.