Nanotubi di carbonio come sorgenti a emissione di campo
I dispositivi a microonde a vuoto per sistemi di telecomunicazioni nei satelliti e nei veicoli spaziali funzionanti a bande di frequenza più alte di quelle attualmente disponibili richiedono elevate densità elettroniche, che vanno da 5 a 20A/cm2. La tradizionale tecnologia di catodo caldo può fornire queste elevate densità di corrente a scapito di una durata più limitata e di maggiori costi di ciclo di vita facendo funzionare il catodo ad alte temperature. I catodi a emissione di campo fabbricati con materiali nanostrutturalmente ricchi di carbonio sono un'alternativa attraente ed economica ai catodi caldi. In particolare, i nanotubi di carbonio (CN) cresciuti in forma di spilli piccoli e netti mostrano straordinarie proprietà di emissione di campo per via della loro conduttività elettrica e della rimarchevole stabilità termica. I ricercatori della THALES ELECTRON DEVICES S.A. sono riusciti a costruire matrici di singoli nanotubi di carbonio uniformi, allineati in verticale e intervallati ad una distanza corrispondente a circa il doppio della loro altezza. Ciascun nanotubo di carbonio (altezza 5μm e diametro 50nm) è stato cresciuto mediante deposizione per vaporizzazione chimica potenziata al plasma. Dopo la crescita, è stata usata la ricottura termica rapida per migliorare sia la cristallinità dei nanotubi di carbonio che il loro contatto elettrico con il sostrato (E. Minoux et al., 2005). Questo ha consentito la fabbricazione di CN capaci, ciascuno, di emettere correnti veramente elevate fino a 100μA a campi elettrici relativamente bassi. Il dispositivo ha funzionato a una frequenza pari a 1,5GHz in modo continuo, senza degradazione o diminuzione dell'uscita di corrente, che ha raggiunto una densità di 12A/cm2 (K. Teo et al., 2005). Per le sue proprietà uniche, questa fonte di elettroni miniaturizzata contiene la promessa di una nuova generazione di dispositivi a microonde efficienti, leggeri e compatti. Le più promettenti applicazioni di questo nuovo tipo di catodi freddi sono i sistemi d'amplificatore di potenza funzionanti ad alte frequenze (30-100GHz) e, in particolare, i tubi a onde progressive usati nei satelliti. Inoltre la loro capacità di generare e modulare direttamente fasci di elettroni li rende ideali per gli emettitori di campo a bassa tensione usati nella litografia a selezione elettronica parallela e la generazione di raggi X.
