Kuidas arvutikiip ilma pooljuhtideta töötab?

Tänapäeval seostame automaatselt arvuteid ja erinevaid mobiilseadmed pooljuhttransistoridest valmistatud kiipidega. Tõepoolest, palju aastaid on transistor olnud üldlevinud elektrooniline komponent.

See ei olnud aga alati nii. Varem kasutati elektroonikaseadmetes seadmeid, mida kutsuti vaakumtorudeks või klappideks.

Transistorid vs. vaakumtorud/ventiilid

A transistor on kahendseade, mis toimib lülitina, takistades või lubades voolu voolamist. Transistore saab kasutada ka signaalide võimendamiseks. Need on valmistatud pooljuhtmaterjalist.

A vaakumtoru on samuti võimeline juhtima vooluvoolu, kuid saavutab selle transistorist erineva mehhanismi abil. Need on ka palju suuremad kui transistorid.

Põhimõtteliselt tõusis elektroonikatööstus pärast transistoride kasutuselevõttu fenomenaalses tempos. See on saanud võimalikuks tänu nende pidevale kahanemisele tänu disainile ja tehnoloogilistele edusammudele.

Selle rõhutamiseks sisaldavad tänapäevased elektroonikaseadmed sõna otseses mõttes miljardeid transistore, ja need mahuvad suhteliselt väikestesse pakenditesse.

Kuna transistoride arv seadmetes on aastatega kasvanud, on kasvanud ka nende seadmete töötlemisvõimsus ja võimalused.

Ühesõnaga, transistorid ja muu pooljuhtidel põhinev elektroonika on vinge. Peaksite siiski arvestama, et neil pole probleeme. Pooljuhtmaterjalide omaduste tõttu on elektronide voog mõnevõrra piiratud, mis võib takistada seadmete töötamist nii ideaalselt, kui soovitakse.

Paljutõotav uus tehnika

Võimaliku vastusena sellele küsimusele California San Diego ülikooli (UCSD) inseneriuuringute meeskond on hiljuti loonud mikromõõtmelisi seadmeid, mis sarnanevad kunagiste populaarsete torude/klappidega.

Märge:

Nendes seadmetes vabanevad elektronid vabasse ruumi, mis tähendab, et seal pole materjali, mis piiraks nende voolu. See on suurepärane, kuid nende elektronide vabastamiseks on tavaliselt vaja palju energiat, nagu praegu turul olevate torude/klappide puhul.

Elektronide vabastamiseks on tavaliselt vaja kõrget temperatuuri / kõrget pinget. Ilmselgelt pole see pooljuhtseadmete puhul vajalik ja seda tüüpi tingimused ei sobi seadmetele, mis põhinevad mikroelektroonikal. See on üks paljudest asjadest, mis oleks pooljuhttehnoloogia tõusule kaasa aidanud.

UCSD meeskond kasutas selle probleemi lahendamiseks aga uudset lähenemisviisi. Nende seadmed on valmistatud nn kullast metapinnaga, mis on paigaldatud räniplaadile, mille vahele on asetatud ränidioksiidi kiht.

Elektronide vabastamiseks kasutab meeskond kahekordset lähenemist; seadmetele rakendatakse madalpinge piki ja väikese võimsusega infrapunalaserit. See viib elektronide vabanemiseni, mis on põhiliselt metallist rebitud, kuna pärast laseri ja pingega aktiveerimist tekib tugev elektriväli.

Jõudlus ja väljavaade

Testides näitasid seadmed pärast aktiveerimist juhtivuse tõusu tuhat protsenti. Tõsi, need seadmed pole veel täiuslikud, kuid need olid mõeldud ainult kontseptsiooni tõestuseks.

Töörühma juht, professor Dan Sievenpiper väidab, et seda tüüpi seade ei ole võimeline asendama kogu pooljuhtide valikut seadmed, kuid ta usub, et neil on silmapaistvad alad, näiteks rakendused, mis nõuavad kõrgeid sagedusi või suurt võimsust.

Meeskond uurib meetodeid oma seadmete täiustamiseks ning nende tööpõhimõtte paremaks mõistmiseks ja kõigi võimalike rakenduste uurimiseks.

Viimati uuendatud 03. veebruaril 2022

Ülaltoodud artikkel võib sisaldada sidusettevõtete linke, mis aitavad toetada Guiding Techi. See aga ei mõjuta meie toimetuslikku terviklikkust. Sisu jääb erapooletuks ja autentseks.