Kako računalni čip radi bez poluvodiča?

Ovih dana automatski povezujemo računala i razne Mobilni uredaji s čipovima od poluvodičkih tranzistora. Doista je dugi niz godina tranzistor bio sveprisutna elektronička komponenta.

Međutim, to nije uvijek bio slučaj. U prošlosti su se u elektroničkim uređajima koristili uređaji zvani vakuumske cijevi ili ventili.

Tranzistori vs. vakuumske cijevi/ventili

A tranzistor je binarni uređaj koji djeluje kao prekidač, sprječavajući ili dopuštajući struji protok. Tranzistori se također mogu koristiti za pojačanje signala. Izrađene su od poluvodičkog materijala.

A vakuumska cijev također je sposoban kontrolirati protok struje, ali to postiže koristeći drugačiji mehanizam od tranzistora. Oni su također mnogo veći od tranzistora.

Uglavnom, nakon uvođenja tranzistora, elektronska industrija je uzletjela fenomenalnim tempom. To je bilo moguće zahvaljujući njihovom stalnom smanjivanju zahvaljujući dizajnu i tehnološkom napretku.

Kako bi to naglasili, moderni elektronički uređaji sadrže doslovno milijarde tranzistora, a staju u relativno mala pakiranja.

Kako se broj tranzistora u uređajima tijekom godina povećavao, tako se povećavala i procesorska snaga i mogućnosti ovih uređaja.

Ukratko, tranzistori i druga elektronika bazirana na poluvodiču su sjajni. Međutim, morate imati na umu da oni nisu bez svojih problema. Zbog svojstava poluvodičkih materijala, protok elektrona je donekle ograničen, što može spriječiti uređaje da rade onoliko koliko se želi.

Obećavajuća nova tehnologija

Kao mogući odgovor na ovo pitanje, inženjerski istraživački tim na Sveučilištu California San Diego (UCSD) nedavno su stvorili mikro-uređaje slične nekada popularnim cijevima/ventilima.

Bilješka:

U tim se uređajima elektroni oslobađaju u slobodni prostor, što znači da tamo nema materijala koji bi ograničio njihov protok. Ovo je sjajno, ali za oslobađanje ovih elektrona obično je potrebno puno energije kao što je slučaj s cijevima/ventilima koji su trenutno na tržištu.

Za oslobađanje elektrona obično su potrebne visoke temperature/visoki napon. To očito nije potrebno s poluvodičkim uređajima, a ovakvi uvjeti nisu prikladni za uređaje koji se oslanjaju na mikroelektroniku. Ovo je jedna od mnogih stvari koje bi pomogle u usponu tehnologije poluvodiča.

Tim u UCSD-u, međutim, preuzeo je novi pristup zaobilaženju ovog problema. Njihovi uređaji izrađeni su s takozvanom metapovršinom od zlata, postavljenom na silicijsku pločicu sa slojem silicijevog dioksida u sendviču između.

Za oslobađanje elektrona tim koristi dvostruki pristup; na uređaje se primjenjuje nizak napon i infracrveni laser male snage. To dovodi do oslobađanja elektrona koji su u biti istrgnuti iz metala zbog stvaranja jakog električnog polja nakon aktivacije laserom i naponom.

Performanse i Outlook

U testovima, nakon aktivacije, uređaji su pokazali povećanje vodljivosti od tisuću posto. Ovi uređaji doduše još uvijek nisu savršeni, ali su prije svega bili namijenjeni samo kao dokaz koncepta.

Voditelj tima, profesor Dan Sievenpiper, navodi da ova vrsta uređaja nije sposobna zamijeniti cijeli niz poluvodiča uređaja, ali vjeruje da će oni imati svoja istaknuta područja poput aplikacija koje zahtijevaju visoke frekvencije ili veliku snagu.

Tim istražuje metode poboljšanja svojih uređaja, kao i bolje razumijevanje njihovog rada i istražuje sve moguće aplikacije.

Posljednje ažurirano 3. veljače 2022

Gornji članak može sadržavati partnerske veze koje pomažu u podršci Guiding Tech. Međutim, to ne utječe na naš urednički integritet. Sadržaj ostaje nepristran i autentičan.