Jak działa chip komputerowy bez półprzewodników?

Obecnie automatycznie kojarzymy komputery i różne urządzenia mobilne z układami scalonymi z tranzystorów półprzewodnikowych. Od wielu lat tranzystor jest wszechobecnym elementem elektronicznym.

Jednak nie zawsze tak było. W przeszłości w urządzeniach elektronicznych używano urządzeń zwanych lampami próżniowymi lub zaworami.

Tranzystory a lampy próżniowe / zawory

Tranzystor jest urządzeniem binarnym, które działa jako przełącznik, zapobiegając przepływowi prądu lub zezwalając na jego przepływ. Tranzystory mogą być również używane do wzmacniania sygnałów. Wykonane są z materiału półprzewodnikowego.

Rura próżniowa może również kontrolować przepływ prądu, ale osiąga to przy użyciu innego mechanizmu niż tranzystor. Są też znacznie większe niż tranzystory.

Zasadniczo, po wprowadzeniu tranzystorów, przemysł elektroniczny wystartował w fenomenalnym tempie. Było to możliwe dzięki ich ciągłemu kurczeniu się dzięki rozwojowi konstrukcji i technologii.

Aby to podkreślić, nowoczesne urządzenia elektroniczne zawierają miliardy tranzystorów i pasują do stosunkowo małych pakietów.

Ponieważ liczba tranzystorów w urządzeniach wzrosła z biegiem lat, wraz z mocą przetwarzania i możliwościami tych urządzeń.

Krótko mówiąc, tranzystory i inna elektronika półprzewodnikowa są niesamowite. Należy jednak zauważyć, że nie są one pozbawione problemów. Ze względu na właściwości materiałów półprzewodnikowych przepływ elektronów jest nieco ograniczony, co może utrudniać działanie urządzeń tak idealnie, jak byśmy chcieli.

Obiecująca nowa technika

W możliwej odpowiedzi na ten problem zespół inżynierów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) niedawno opracował urządzenia w mikroskali podobne do popularnych kiedyś rur / zaworów.

Uwaga: Urządzenia te mogą prowadzić do wszelkiego rodzaju ekscytujących technologii, takich jak lepsze ogniwa słoneczne, a nawet mogą być używane poza przemysłem elektronicznym w takich dziedzinach, jak fotochemia i fotokataliza, które mogą być przydatne nawet w różnych zastosowaniach środowiskowych.

W tych urządzeniach elektrony są uwalniane do wolnej przestrzeni, co oznacza, że ​​nie ma tam materiału, który ograniczałby ich przepływ. Jest to świetne, ale aby uwolnić te elektrony, zwykle potrzebna jest duża ilość energii, jak w przypadku lamp / zaworów dostępnych obecnie na rynku.

Wysokie temperatury / wysokie napięcie są zwykle wymagane do uwolnienia elektronów. Oczywiście nie jest to konieczne w przypadku urządzeń półprzewodnikowych, a tego typu warunki nie są odpowiednie dla urządzeń opartych na mikroelektronice. Jest to jedna z wielu rzeczy, które pomogłyby w rozwoju technologii półprzewodnikowej.

Zespół z UCSD przyjął jednak nowatorskie podejście do obejścia tego problemu. Ich urządzenia są wykonane z tak zwanej powierzchni metasurowej ze złota, zamontowanej na płytce krzemowej z warstwą dwutlenku krzemu umieszczoną pomiędzy nimi.

Aby uwolnić elektrony, zespół używa podwójnego podejścia; do urządzeń stosowane jest niskie napięcie i laser podczerwieni o niskim poborze mocy. Prowadzi to do uwolnienia elektronów, które są zasadniczo wyrwane z metalu z powodu wytworzenia silnego pola elektrycznego po aktywacji laserem i napięciem.

Wydajność i Outlook

W testach, po aktywacji, urządzenia wykazywały wzrost przewodności o tysiąc procent. Urządzenia te wprawdzie nie są jeszcze doskonałe, ale przede wszystkim miały być tylko dowodem koncepcji.

Kierownik zespołu, profesor Dan Sievenpiper stwierdza, że ​​tego typu urządzenie nie jest w stanie zastąpić całej gamy urządzeń półprzewodnikowych, ale uważa, że ​​będą miały swoje wyróżniające się obszary, takie jak aplikacje wymagające wysokich częstotliwości lub dużej mocy.

Zespół bada metody ulepszania swoich urządzeń, a także lepszego zrozumienia, jak działają i bada wszystkie możliwe aplikacje.