Последние десятилетия технологического прогресса в основном строились на развитии полупроводников. Микрочипы есть в каждом современном устройстве, светодиоды вытесняют лампочки накаливания, а солнечные панели стали самым быстрораспространенным источником энергии. Однако еще до изобретения транзистора возникла огромная экосистема на базе другой технологии — вакуумной лампы. Эти устройства манипулируют потоком электронов и уже в первой половине XX века оказались в радиоприемниках, телевизорах и первых компьютерах. Вакуумные лампы применялись не только для логики, но и в системах освещения, дисплеях, видеокамерах и радарах. Часть созданного ими технологического фундамента сохранилась и сегодня.
Вакуумная лампа представляет собой стеклянную колбу с электродами, между которыми течет электронный поток. Их развитие шло по двум направлениям. Первое связано с разрядными трубками с газом. Ученый Отто фон Герике изобрел первую вакуумную помпу в 1650 году, и вскоре после этого исследователи начали изучать слабую газовую среду. Майкл Фарадей заметил, что ток через разреженный газ вызывает свечение и создает темное пространство между электродами. Его немецкий последователь Юлиус Плёккер использовал стеклянные трубки Генриха Гейслера, которые работали при разных температурах благодаря платиновым подводящим проводам. Плёккер и его коллеги Уильям Кроуокс и Иоанн Хитторф исследовали «катодные лучи» — излучение от отрицательного электрода. В 1895 году Вильгельм Рентген случайно обнаружил рентгеновские лучи при изучении этих лучей, а в 1897 году Дж.Дж. Томсон выяснил, что они состоят из отрицательно заряженных частиц — электронов.
Второе направление развития привело к появлению ламп накаливания. Томас Эдисон и Джозеф Сван изобрели их одновременно в 1879 году, используя улучшенные вакуумные помпы. Эдисон заметил, что при пропускании тока через горячую платиновую пластину внутри колбы возникает электрический ток. Это явление, которое он скромно назвал «эффектом Эдисона», на самом деле является термоэлектронной эмиссией. В 1904 году Джон Флеминг использовал это явление для создания «Fleming Valve» — вакуумной лампы-выпрямителя для радиоприемников. Никогда не догадываясь о принципах работы своего устройства, он добавил к лампе сетку, что позволило Джону де Форесту создать усилитель «Audion». Компания AT&T доработала это в надежный триод, который сделал возможными первые трансконтинентальные телефонные линии в 1915 году. Позже появились тетрады и пентоды. Машину ENIAC питали 18 000 вакуумных ламп.
Другой важный прорыв совершил Фердинанд Браун, который создал индикаторную трубку Брауна. Она позволяла визуализировать формы высококачественного переменного тока, двигая светящееся пятно магнитным полем. Эта технология легла в основу осциллографов и первых телевизоров Владимира Зворыкина. Также на основе катодных лучей строили первые электронные микроскопы и память видеотрубки.
Разрядные лампы нашли применение и в освещении. После открытия неона в 1898 году французский инженер Жорж Клод создал неоновые лампы, ставшие популярными. Также существуют ртутные и натриевые газоразрядные лампы. В 1920-х появились тиристаты — лампы для высоких токов, а пиксельные структуры плазменных телевизоров состоят из миллионов таких миниатюрных труб.
Вакуумные лампы генерируют и другие виды излучения. После открытия рентгеновских лучей рентгеновские машины до сих пор используют лампы для их генерации. В 1920-х в General Electric изобрели магнетрон, который позже позволил британцам создать радары на базе полостей магнетрона во время Второй мировой войны. Магнетроны также используются в современных микроволновых печаках. Инженеры Варианы изобрели клистрон в 1930-х, который питает ускорители частиц, например SLAC, и применяется в машинах для лечения рака. Гиротроны работают с плазмой в экспериментах по термоядерному синтезу.
Открытие рентгеновских лучей, электрона, электронных микроскопов и исследований термоэлектронной эмиссии принесло четыре нобелевские премии, не считая работ Ирвинга Ленгмюра. Изучение вакуумных ламп также привело к открытию дифракции электронов и первой нобелевской премии Bell Labs. Многие из этих устройств были вытеснены полупроводниками, но некоторые, вроде магнетронов в печах и газовых лазеров, остаются актуальными и сегодня.