Comment fonctionne une puce informatique sans semi-conducteurs ?

De nos jours, nous associons automatiquement les ordinateurs et divers appareils mobiles avec des puces constituées de transistors semi-conducteurs. En effet depuis de nombreuses années le transistor est un composant électronique omniprésent.

Cependant, ce n'était pas toujours le cas. Dans le passé, des dispositifs appelés tubes à vide ou vannes étaient utilisés dans les appareils électroniques.

Transistors vs. tubes/vannes à vide

UNE transistor est un dispositif binaire qui agit comme un interrupteur, empêchant ou permettant à un courant de circuler. Les transistors peuvent également être utilisés pour amplifier les signaux. Ils sont fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs.

UNE tuyau d'aspirateur est également capable de contrôler le flux de courant mais y parvient en utilisant un mécanisme différent du transistor. Ils sont également beaucoup plus grands que les transistors.

Fondamentalement, après l'introduction des transistors, l'industrie électronique a décollé à un rythme phénoménal. Cela a été possible grâce à leur rétrécissement continu grâce aux progrès de la conception et de la technologie.

Pour souligner cela, les appareils électroniques modernes contiennent littéralement milliards de transistors, et ils rentrent dans des packages relativement petits.

Comme le nombre de transistors dans les appareils a augmenté au fil des ans, la puissance de traitement et les capacités de ces appareils ont également augmenté.

En bref, les transistors et autres composants électroniques à base de semi-conducteurs sont géniaux. Vous devez cependant noter qu'ils ne sont pas sans problèmes. En raison des propriétés des matériaux semi-conducteurs, le flux d'électrons est quelque peu limité, ce qui peut empêcher les dispositifs de fonctionner aussi idéalement qu'on le souhaiterait.

Une nouvelle technologie prometteuse

Dans une réponse possible à ce problème, une équipe de recherche en ingénierie à l'Université de Californie à San Diego (UCSD) ont récemment créé des dispositifs à micro-échelle similaires aux tubes/valves autrefois populaires.

Noter:

Dans ces appareils, les électrons sont libérés dans l'espace libre, ce qui signifie qu'il n'y a pas de matériau pour limiter leur flux. C'est très bien mais pour libérer ces électrons, il faut généralement beaucoup d'énergie comme c'est le cas avec les tubes/vannes actuellement sur le marché aujourd'hui.

Des températures élevées/haute tension sont généralement nécessaires pour libérer les électrons. Ce n'est évidemment pas nécessaire avec les dispositifs à semi-conducteurs, et ces types de conditions ne conviennent pas aux dispositifs qui reposent sur la microélectronique. C'est l'une des nombreuses choses qui auraient contribué à l'essor de la technologie des semi-conducteurs.

L'équipe de l'UCSD, cependant, a adopté une nouvelle approche pour contourner ce problème. Leurs appareils sont fabriqués avec ce qu'on appelle une métasurface en or, montée sur une plaquette de silicium avec une couche de dioxyde de silicium prise en sandwich entre les deux.

Pour libérer des électrons, l'équipe utilise une approche en deux volets; une basse tension le long et un laser infrarouge de faible puissance sont appliqués aux dispositifs. Cela conduit à la libération d'électrons qui sont essentiellement arrachés au métal en raison de la création d'un fort champ électrique après activation avec le laser et la tension.

Performances et perspectives

Lors des tests, après activation, les appareils ont affiché une augmentation de mille pour cent de la conductivité. Ces appareils ne sont certes pas encore parfaits, mais ils n'étaient initialement destinés qu'à servir de preuve de concept.

Le responsable de l'équipe, le professeur Dan Sievenpiper, déclare que ce type de dispositif n'est pas capable de remplacer toute la gamme des semi-conducteurs. appareils, mais il pense qu'ils auront leurs domaines de prédilection, comme dans les applications qui nécessitent des fréquences élevées ou une puissance élevée.

L'équipe explore des méthodes d'amélioration de leurs appareils ainsi que de mieux comprendre leur fonctionnement et d'explorer toutes les applications possibles.

Dernière mise à jour le 03 février 2022

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