Πώς λειτουργεί ένα τσιπ υπολογιστή χωρίς ημιαγωγούς;

Αυτές τις μέρες συνδέουμε αυτόματα υπολογιστές και διάφορα κινητές συσκευές με τσιπ από ημιαγώγιμα τρανζίστορ. Πράγματι για πολλά χρόνια το τρανζίστορ ήταν ένα πανταχού παρόν ηλεκτρονικό εξάρτημα.

Ωστόσο, αυτό δεν συνέβαινε πάντα. Στο παρελθόν, συσκευές που ονομάζονταν σωλήνες κενού ή βαλβίδες χρησιμοποιούνταν σε ηλεκτρονικές συσκευές.

Τρανζίστορ vs. σωλήνες/βαλβίδες κενού

ΕΝΑ τρανζίστορ είναι μια δυαδική συσκευή που λειτουργεί ως διακόπτης, είτε εμποδίζοντας είτε επιτρέποντας τη ροή ρεύματος. Τα τρανζίστορ μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ενίσχυση των σημάτων. Είναι κατασκευασμένα από ημιαγωγό υλικό.

ΕΝΑ σωλήνας κενού είναι επίσης ικανό να ελέγχει τη ροή του ρεύματος αλλά το επιτυγχάνει χρησιμοποιώντας διαφορετικό μηχανισμό από το τρανζίστορ. Είναι επίσης πολύ μεγαλύτερα από τα τρανζίστορ.

Βασικά, μετά την εισαγωγή των τρανζίστορ, η βιομηχανία ηλεκτρονικών απογειώθηκε με εκπληκτικό ρυθμό. Αυτό κατέστη δυνατό λόγω της συνεχούς συρρίκνωσής τους χάρη στο σχεδιασμό και τις τεχνολογικές προόδους.

Για να τονίσουμε αυτό, οι σύγχρονες ηλεκτρονικές συσκευές περιέχουν κυριολεκτικά δισεκατομμύρια τρανζίστορ, και χωράνε σε σχετικά μικρές συσκευασίες.

Καθώς ο αριθμός των τρανζίστορ στις συσκευές έχει αυξηθεί με την πάροδο των ετών, το ίδιο ισχύει και για την επεξεργαστική ισχύ και τις δυνατότητες αυτών των συσκευών.

Με λίγα λόγια, τα τρανζίστορ και άλλα ηλεκτρονικά που βασίζονται σε ημιαγωγούς είναι φοβερά. Θα πρέπει να σημειώσετε, ωστόσο, ότι δεν είναι χωρίς προβλήματα. Λόγω των ιδιοτήτων των ημιαγώγιμων υλικών, η ροή των ηλεκτρονίων είναι κάπως περιορισμένη, γεγονός που μπορεί να εμποδίσει τις συσκευές να λειτουργήσουν όσο ιδανικά θα ήθελε κανείς.

Υποσχόμενη νέα τεχνολογία

Σε μια πιθανή απάντηση σε αυτό το θέμα, μια ερευνητική ομάδα μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Σαν Ντιέγκο (UCSD) δημιούργησαν πρόσφατα συσκευές μικροκλίμακας παρόμοιες με τους άλλοτε δημοφιλείς σωλήνες/βαλβίδες.

Σημείωση:

Σε αυτές τις συσκευές τα ηλεκτρόνια απελευθερώνονται στον ελεύθερο χώρο, που σημαίνει ότι δεν υπάρχει υλικό εκεί που να περιορίζει τη ροή τους. Αυτό είναι υπέροχο, αλλά για να απελευθερωθούν αυτά τα ηλεκτρόνια, απαιτείται συνήθως πολλή ενέργεια, όπως συμβαίνει με τους σωλήνες/βαλβίδες που κυκλοφορούν σήμερα στην αγορά.

Συνήθως απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες/υψηλή τάση για την απελευθέρωση των ηλεκτρονίων. Αυτό προφανώς δεν είναι απαραίτητο με συσκευές ημιαγωγών και αυτοί οι τύποι συνθηκών δεν είναι κατάλληλοι για συσκευές που βασίζονται στη μικροηλεκτρονική. Αυτό είναι ένα από τα πολλά πράγματα που θα είχαν βοηθήσει στην άνοδο της τεχνολογίας ημιαγωγών.

Η ομάδα του UCSD, ωστόσο, υιοθέτησε μια νέα προσέγγιση για να ξεπεράσει αυτό το πρόβλημα. Οι συσκευές τους κατασκευάζονται με αυτό που ονομάζεται μετα-επιφάνεια από χρυσό, τοποθετημένο σε μια γκοφρέτα πυριτίου με ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου τοποθετημένο ενδιάμεσα.

Για την απελευθέρωση ηλεκτρονίων η ομάδα χρησιμοποιεί μια διπλή προσέγγιση. Στις συσκευές εφαρμόζεται χαμηλή τάση κατά μήκος και υπέρυθρο λέιζερ χαμηλής ισχύος. Αυτό οδηγεί στην απελευθέρωση ηλεκτρονίων τα οποία ουσιαστικά σχίζονται από το μέταλλο λόγω της δημιουργίας ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου μετά την ενεργοποίηση με το λέιζερ και την τάση.

Απόδοση και Outlook

Σε δοκιμές, μετά την ενεργοποίηση, οι συσκευές εμφάνισαν χίλια τοις εκατό αύξηση στην αγωγιμότητα. Αυτές οι συσκευές ομολογουμένως δεν είναι ακόμα τέλειες, αλλά αρχικά προορίζονταν μόνο ως απόδειξη της ιδέας.

Ο επικεφαλής της ομάδας, ο καθηγητής Dan Sievenpiper δηλώνει ότι αυτός ο τύπος συσκευής δεν είναι ικανός να αντικαταστήσει ολόκληρο το φάσμα των ημιαγωγών συσκευές, αλλά πιστεύει ότι θα έχουν τους τομείς που ξεχωρίζουν, όπως σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλές συχνότητες ή υψηλή ισχύ.

Η ομάδα διερευνά μεθόδους για τη βελτίωση των συσκευών της, καθώς και για την καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας τους και την εξερεύνηση όλων των πιθανών εφαρμογών.

Τελευταία ενημέρωση στις 03 Φεβρουαρίου 2022

Το παραπάνω άρθρο μπορεί να περιέχει συνδέσμους συνεργατών που βοηθούν στην υποστήριξη της Guiding Tech. Ωστόσο, δεν επηρεάζει τη συντακτική μας ακεραιότητα. Το περιεχόμενο παραμένει αμερόληπτο και αυθεντικό.