Wie funktioniert ein Computerchip ohne Halbleiter?

Heutzutage assoziieren wir automatisch Computer und anderes 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

EIN Transistor ist ein binäres Gerät, das als Schalter fungiert und einen Stromfluss entweder verhindert oder zulässt. Transistoren können auch verwendet werden, um Signale zu verstärken. Sie bestehen aus Halbleitermaterial.

EIN Vakuumröhre ist auch in der Lage, den Stromfluss zu steuern, erreicht dies jedoch mit einem anderen Mechanismus als der Transistor. Sie sind auch viel größer als Transistoren.

Grundsätzlich ist die Elektronikindustrie nach der Einführung von Transistoren in einem phänomenalen Tempo gestartet. 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 den Geräten im Laufe der Jahre zugenommen hat, haben auch die Verarbeitungsleistung und die Fähigkeiten dieser Geräte zugenommen.

Kurz gesagt, Transistoren und andere halbleiterbasierte Elektronik sind fantastisch. Sie sollten jedoch beachten, dass sie nicht ohne Probleme sind. Aufgrund der Eigenschaften von Halbleitermaterialien ist der Elektronenfluss etwas eingeschränkt, was die Leistung von Geräten beeinträchtigen kann, wie man es sich wünscht.

Vielversprechende neue Technologie

In einer möglichen Antwort auf diese Frage, ein technisches Forschungsteam an der University of California San Diego (UCSD) haben kürzlich Geräte im Mikromaßstab entwickelt, die den einst beliebten Röhren/Ventilen ähneln.

Notiz:

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

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

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

Um Elektronen freizusetzen, verwendet das Team einen zweifachen Ansatz; An die Geräte werden eine Niederspannung und ein Infrarotlaser mit niedriger Leistung angelegt. Dies führt zur Freisetzung von Elektronen, die durch die Erzeugung eines starken elektrischen Feldes nach der Aktivierung mit dem Laser und der Spannung quasi aus dem Metall gerissen werden.

Leistung und Ausblick

In Tests zeigten die Geräte nach Aktivierung eine tausendprozentige Leitfähigkeitssteigerung. 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, erklärt, dass diese Art von Gerät nicht in der Lage ist, die gesamte Bandbreite an Halbleitern zu ersetzen Geräte, aber er glaubt, dass sie ihre herausragenden Bereiche haben werden, wie z. B. in Anwendungen, die hohe Frequenzen oder hohe Leistung erfordern.

Das Team untersucht Methoden zur Verbesserung seiner Geräte, erhält ein besseres Verständnis für ihre Funktionsweise und erkundet alle möglichen Anwendungen.

Zuletzt aktualisiert am 03. Februar 2022

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