Wie funktioniert ein Computerchip ohne Halbleiter?

Heutzutage verbinden wir automatisch Computer und verschiedene mobile Geräte mit Chips aus halbleitenden Transistoren. Tatsächlich ist der Transistor seit vielen Jahren ein allgegenwärtiges elektronisches Bauteil.

Dies war jedoch nicht immer der Fall. In der Vergangenheit wurden in elektronischen Geräten sogenannte Vakuumröhren oder Ventile verwendet.

Transistoren vs. Vakuumröhren/Ventile

Grundsätzlich hat die Elektronikindustrie nach der Einführung von Transistoren einen phänomenalen Aufschwung genommen. Möglich wurde dies durch ihre kontinuierliche Schrumpfung dank Design und technologischem Fortschritt.

Um dies zu betonen, enthalten moderne elektronische Geräte buchstäblich Milliarden von Transistoren, und sie passen in relativ kleine Pakete.

Da die Anzahl der Transistoren in Geräten im Laufe der Jahre zugenommen hat, haben sich auch die Verarbeitungsleistung und die Fähigkeiten dieser Geräte erhöht.

Kurz gesagt, Transistoren und andere Halbleiter-basierte Elektronik sind großartig. Sie sollten jedoch beachten, dass sie nicht ohne ihre Probleme sind. Aufgrund der Eigenschaften halbleitender Materialien ist der Elektronenfluss etwas eingeschränkt, was die Geräte daran hindern kann, so ideal zu funktionieren, wie man es sich wünschen würde.

Vielversprechende neue Technik

In einer möglichen Antwort auf dieses Problem ein Ingenieurforschungsteam an der University of California San Diego (UCSD) haben vor kurzem Mikrogeräte entwickelt, die den einst beliebten Röhren/Ventilen ähneln.

Notiz: Diese Geräte könnten zu allen möglichen aufregenden Technologien wie besseren Solarzellen führen und könnten sogar außerhalb der Elektronikindustrie in Bereichen wie Photochemie und Photokatalyse kann sogar in verschiedenen Umgebungen nützlich sein Anwendungen.

In diesen Geräten werden Elektronen in den freien Raum freigesetzt, was bedeutet, dass dort kein Material vorhanden ist, das ihren Fluss begrenzt. Das ist großartig, aber um diese Elektronen freizusetzen, wird normalerweise viel Energie benötigt, wie dies bei den derzeit auf dem Markt befindlichen Röhren/Ventilen der Fall ist.

Normalerweise sind hohe Temperaturen/Hochspannung erforderlich, um die Elektronen freizusetzen. Dies ist bei Halbleiterbauelementen offensichtlich nicht erforderlich, und diese Art von Bedingungen sind für Bauelemente, die auf Mikroelektronik angewiesen sind, nicht geeignet. Dies ist eines der vielen Dinge, die zum Aufstieg der Halbleitertechnologie beigetragen hätten.

Das Team der UCSD verfolgte jedoch einen neuartigen Ansatz, um dieses Problem zu umgehen. Ihre Geräte bestehen aus einer sogenannten Metaoberfläche aus Gold, die auf einem Siliziumwafer mit einer dazwischen liegenden Schicht aus Siliziumdioxid montiert ist.

Um Elektronen freizusetzen, verwendet das Team einen zweifachen Ansatz; eine niedrige Spannung entlang und ein Infrarotlaser mit geringer Leistung werden an die Geräte angelegt. Dies führt zur Freisetzung von Elektronen, die nach der Aktivierung mit Laser und Spannung durch den Aufbau eines starken elektrischen Feldes im Wesentlichen aus dem Metall herausgerissen werden.

Leistung und Ausblick

In Tests zeigten die Geräte nach der Aktivierung einen Anstieg der Leitfähigkeit um eintausend Prozent. Diese Geräte sind zugegebenermaßen noch nicht perfekt, aber sie waren in erster Linie nur als Proof-of-Concept gedacht.

Der Leiter des Teams, Professor Dan Sievenpiper, stellt fest, dass diese Art von Geräten nicht in der Lage ist, die gesamte Halbleiterpalette zu ersetzen Geräte, aber er glaubt, dass sie ihre herausragenden Bereiche haben werden, beispielsweise in Anwendungen, die hohe Frequenzen oder hohe Leistung erfordern.

Das Team untersucht Methoden zur Verbesserung seiner Geräte sowie ein besseres Verständnis ihrer Funktionsweise und untersucht alle möglichen Anwendungen.