Jak funguje počítačový čip bez polovodičů?

V dnešní době automaticky spojujeme počítače a různé mobilní zařízení s čipy vyrobenými z polovodičových tranzistorů. Tranzistor byl skutečně po mnoho let všudypřítomnou elektronickou součástí.

Ne vždy tomu tak však bylo. V minulosti se v elektronických zařízeních používala zařízení nazývaná vakuové trubice nebo ventily.

Tranzistory vs. vakuové trubice/ventily

V podstatě po zavedení tranzistorů se elektronický průmysl rozjel fenomenálním tempem. To bylo možné díky jejich neustálému zmenšování díky konstrukčnímu a technologickému pokroku.

Abychom to zdůraznili, moderní elektronická zařízení obsahují doslova miliardy tranzistorůa vejdou se do relativně malých balení.

S tím, jak se v průběhu let zvýšil počet tranzistorů v zařízeních, rostl i výpočetní výkon a schopnosti těchto zařízení.

Stručně řečeno, tranzistory a další elektronika založená na polovodičích jsou úžasné. Měli byste si však uvědomit, že nejsou bez problémů. Kvůli vlastnostem polovodičových materiálů je tok elektronů poněkud omezen, což může bránit tomu, aby zařízení fungovala tak ideálně, jak by si člověk přál.

Slibná nová technika

V možné odpovědi na tento problém tým inženýrského výzkumu na Kalifornské univerzitě v San Diegu (UCSD) nedávno vytvořili zařízení v mikroměřítku podobná kdysi populárním trubkám/ventilům.

Poznámka: Tato zařízení by mohla vést ke všem druhům vzrušujících technologií, jako jsou lepší solární články, a mohla by být dokonce použita i mimo ně elektronický průmysl v oblastech, jako je fotochemie a fotokatalýza, mohou být užitečné i v různých prostředích aplikací.

V těchto zařízeních jsou elektrony uvolňovány do volného prostoru, což znamená, že tam není žádný materiál, který by omezoval jejich tok. To je skvělé, ale k uvolnění těchto elektronů je obvykle potřeba hodně energie, jako je tomu u elektronek/ventilů, které jsou v současnosti na trhu.

K uvolnění elektronů jsou obvykle zapotřebí vysoké teploty/vysoké napětí. To samozřejmě není nutné u polovodičových zařízení a tyto typy podmínek nejsou vhodné pro zařízení, která se spoléhají na mikroelektroniku. To je jedna z mnoha věcí, které by pomohly vzestupu polovodičové technologie.

Tým v UCSD však zaujal nový přístup k překonání tohoto problému. Jejich zařízení jsou vyrobena s tím, čemu se říká metapovrch vyrobený ze zlata, namontovaný na křemíkové destičce s vrstvou oxidu křemičitého vloženou mezi nimi.

K uvolnění elektronů tým používá dvojí přístup; na zařízení je aplikováno nízké napětí podél a nízkovýkonný infračervený laser. To vede k uvolnění elektronů, které jsou v podstatě vytrženy z kovu v důsledku vytvoření silného elektrického pole po aktivaci laserem a napětím.

Výkon a výhled

V testech po aktivaci zařízení vykazovala tisíciprocentní nárůst vodivosti. Tato zařízení sice ještě nejsou dokonalá, ale byla zamýšlena pouze jako důkaz koncepce.

Vedoucí týmu, profesor Dan Sievenpiper, uvádí, že tento typ zařízení není schopen nahradit celou řadu polovodičů. zařízení, ale věří, že budou mít své výjimečné oblasti, jako jsou aplikace, které vyžadují vysoké frekvence nebo vysoký výkon.

Tým zkoumá způsoby, jak svá zařízení vylepšit, a také lépe porozumět tomu, jak fungují, a prozkoumávat všechny možné aplikace.