Kuinka tietokonepiiri toimii ilman puolijohteita?

Nykyään yhdistämme automaattisesti tietokoneet ja erilaiset mobiililaitteet puolijohtavista transistoreista valmistetuilla siruilla. Itse asiassa monien vuosien ajan transistori on ollut kaikkialla läsnä oleva elektroninen komponentti.

Näin ei kuitenkaan aina ollut. Aiemmin elektronisissa laitteissa käytettiin tyhjiöputkiksi tai venttiileiksi kutsuttuja laitteita.

Transistorit vs. tyhjiöputket/venttiilit

Pohjimmiltaan, transistorien käyttöönoton jälkeen, elektroniikkateollisuus lähti ilmiömäiseen vauhtiin. Tämä on ollut mahdollista niiden jatkuvan kutistumisen ansiosta suunnittelun ja teknologisen kehityksen ansiosta.

Tämän korostamiseksi nykyaikaiset elektroniset laitteet sisältävät kirjaimellisesti

miljardeja transistoreita, ja ne mahtuvat suhteellisen pieniin pakkauksiin.

Kun transistorien määrä laitteissa on kasvanut vuosien varrella, on kasvanut myös näiden laitteiden prosessointiteho ja ominaisuudet.

Lyhyesti sanottuna transistorit ja muu puolijohdepohjainen elektroniikka ovat mahtavia. Sinun tulee kuitenkin huomata, että he eivät ole vailla ongelmia. Puolijohtavien materiaalien ominaisuuksista johtuen elektronien virtaus on jonkin verran rajoitettu, mikä voi haitata laitteita toimimasta niin ihanteellisesti kuin haluaisi.

Lupaava uusi tekniikka

Mahdollisena vastauksena tähän kysymykseen insinööritutkimusryhmä Kalifornian yliopistossa San Diegossa (UCSD) ovat äskettäin luoneet mikrokokoisia laitteita, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin ennen suosittuja putkia/venttiilejä.

Huomautus: Nämä laitteet voisivat johtaa kaikenlaiseen jännittävään tekniikkaan, kuten parempiin aurinkokennoihin, ja niitä voitaisiin jopa käyttää sen ulkopuolella elektroniikkateollisuudessa esimerkiksi fotokemian ja fotokatalyysin aloilla, saattaa olla hyötyä jopa erilaisissa ympäristöissä sovellukset.

Näissä laitteissa elektronit vapautuvat vapaaseen tilaan, mikä tarkoittaa, että siellä ei ole materiaalia, joka rajoittaisi niiden virtausta. Tämä on hienoa, mutta näiden elektronien vapauttamiseen tarvitaan yleensä paljon energiaa, kuten nykyään markkinoilla olevissa putkissa/venttiileissä.

Elektronien vapauttamiseen tarvitaan yleensä korkeita lämpötiloja/korkeaa jännitettä. Tämä ei tietenkään ole välttämätöntä puolijohdelaitteiden kanssa, eivätkä tämäntyyppiset olosuhteet sovellu laitteille, jotka ovat riippuvaisia ​​mikroelektroniikasta. Tämä on yksi monista asioista, jotka olisivat auttaneet puolijohdeteknologian nousussa.

UCSD: n tiimi otti kuitenkin uudenlaisen lähestymistavan tämän ongelman kiertämiseen. Niiden laitteet on valmistettu niin sanotusta kullasta tehdystä metapinnasta, joka on asennettu piikiekolle, jonka väliin on kerrostettu piidioksidikerros.

Elektronien vapauttamiseksi ryhmä käyttää kaksinkertaista lähestymistapaa; laitteisiin kohdistetaan pieni jännite ja pienitehoinen infrapunalaser. Tämä johtaa elektronien vapautumiseen, jotka olennaisesti repeytyvät metallista johtuen vahvan sähkökentän syntymisestä laserilla ja jännitteellä aktivoinnin jälkeen.

Suorituskyky ja näkymät

Testeissä, aktivoinnin jälkeen, laitteiden johtavuus parani tuhat prosenttia. Nämä laitteet eivät tosin ole vielä täydellisiä, mutta ne oli alun perin tarkoitettu vain konseptin todisteeksi.

Ryhmän johtaja, professori Dan Sievenpiper toteaa, että tämän tyyppinen laite ei pysty korvaamaan koko valikoimaa puolijohteita. laitteita, mutta hän uskoo, että niillä on erottuva alue, kuten sovelluksissa, jotka vaativat korkeita taajuuksia tai suurta tehoa.

Tiimi tutkii menetelmiä laitteidensa parantamiseksi sekä saadakseen paremman käsityksen niiden toiminnasta ja tutkia kaikkia mahdollisia sovelluksia.