El uso de nanotubos de carbono como fuentes de emisión de campo
Los dispositivos de microondas de vacío utilizados en los sistemas de telecomunicaciones de satélites y naves espaciales que funcionarán en bandas de frecuencia más altas que las actuales requieren altas densidades de corriente de electrones que van de los 5 a los 20 A/cm². A base de hacer funcionar el cátodo a temperaturas más altas, la tecnología de cátodos termiónicos convencional es capaz de proporcionar estas densidades de corriente altas a expensas de vidas útiles más cortas y costes del ciclo de vida útil más altos. Los cátodos emisores de campo fabricados a partir de materiales de carbono ricos a nivel nanoestructural representan una alternativa atractiva que permitiría la sustitución, con costes bajos, de los cátodos termiónicos. Concretamente, los nanotubos de carbono (en adelante, NC) crecidos en forma de púas pequeñas y afiladas muestran propiedades de emisión de campo extraordinarias gracias a su conductividad eléctrica y su gran estabilidad térmica. Investigadores de THALES ELECTRON DEVICES S.A. lograron construir series de nanotubos de carbono individuales uniformes alineados verticalmente y espaciados entre sí a una distancia próxima al doble de su altura. Cada nanotubo de carbono, de 5 μm de altura y 50 nm de diámetro, fue crecido por deposición de vapores químicos por plasma. Tras su formación se efectuó un recocido térmico rápido con el fin de mejorar la cristalinidad de los nanotubos de carbono y su contacto eléctrico con el sustrato (E. Minoux et al., 2005). Esto permitió fabricar NC capaces de emitir, cada uno, corrientes muy altas de hasta 100 μA en campos eléctricos relativamente bajos. El dispositivo funcionó a una frecuencia igual a 1,5 GHz de modo continuo sin degradación ni disminución de la generación de corriente, que alcanzó una densidad de corriente de 12 A/cm² (K. Teo et al., 2005). Esta fuente de electrones miniaturizada, gracias a sus excepcionales propiedades, permite vislumbrar una generación nueva de dispositivos de microondas compactos, ligeros y eficientes. Las aplicaciones más prometedoras de este tipo nuevo de cátodos fríos son los sistemas de amplificación de la energía que funcionan a frecuencias altas (300-100 GHz) y, particularmente, los tubos de ondas progresivas que se emplean en satélites. Además, su capacidad para generar y modular directamente haces de electrones los convierte en candidatos ideales para ser utilizados en los emisores de campo de bajo voltaje que se emplean en la litografía de haces de electrones en paralelo y la generación de raxos X.
