Hogyan működik egy számítógépes chip félvezetők nélkül?

Manapság automatikusan társítjuk a számítógépeket és a különféle mobil eszközök félvezető tranzisztorokból készült chipekkel. Valójában a tranzisztor évek óta mindenütt jelen lévő elektronikus alkatrész.

Ez azonban nem mindig volt így. A múltban vákuumcsöveknek vagy szelepeknek nevezett eszközöket használtak az elektronikai eszközökben.

Tranzisztorok vs. vákuumcsövek/szelepek

A tranzisztor egy bináris eszköz, amely kapcsolóként működik, vagy megakadályozza vagy lehetővé teszi az áram áramlását. A tranzisztorok jelek erősítésére is használhatók. Félvezető anyagból készülnek.

A vákumcső az áramáramlás szabályozására is képes, de ezt a tranzisztortól eltérő mechanizmussal éri el. Sokkal nagyobbak is, mint a tranzisztorok.

Alapvetően a tranzisztorok bevezetése után az elektronikai ipar fenomenális ütemben lendült fel. Ez a tervezés és a technológiai fejlődésnek köszönhetően folyamatos zsugorodásuk miatt lehetséges.

Ennek hangsúlyozására a modern elektronikus eszközök szó szerint tartalmaznak több milliárd tranzisztor, és viszonylag kis kiszerelésben is elférnek.

Ahogy a tranzisztorok száma az eszközökben az évek során nőtt, úgy nőtt ezen eszközök feldolgozási teljesítménye és képességei is.

Röviden: a tranzisztorok és más félvezető alapú elektronikák fantasztikusak. Meg kell azonban jegyezni, hogy nincsenek gondjaik. A félvezető anyagok tulajdonságai miatt az elektronok áramlása némileg korlátozott, ami akadályozhatja az eszközök olyan ideális teljesítményét, ahogyan azt szeretnénk.

Ígéretes új technológia

Egy lehetséges válasz erre a kérdésre, mérnöki kutatócsoport a University of California San Diego-n (UCSD) a közelmúltban olyan mikroméretű eszközöket készítettek, amelyek hasonlóak az egykor népszerű csövekhez/szelepekhez.

Jegyzet:

Ezekben az eszközökben az elektronok szabad térbe szabadulnak fel, ami azt jelenti, hogy nincs ott olyan anyag, amely korlátozná az áramlásukat. Ez nagyszerű, de ezeknek az elektronoknak a felszabadításához általában sok energiára van szükség, mint a jelenleg forgalomban lévő csövek/szelepek esetében.

Az elektronok felszabadításához általában magas hőmérséklet/magas feszültség szükséges. Ez nyilvánvalóan nem szükséges a félvezető eszközöknél, és az ilyen típusú feltételek nem alkalmasak a mikroelektronikára támaszkodó eszközökre. Ez egyike a sok dolognak, amely elősegítette volna a félvezető technológia felemelkedését.

Az UCSD csapata azonban újszerű megközelítést alkalmaz a probléma megkerülésére. Készülékeik úgynevezett aranyból készült metafelülettel készülnek, amelyet egy szilícium ostyára szerelnek, közéjük szilícium-dioxid réteggel.

Az elektronok felszabadítására a csapat kettős megközelítést alkalmaz; egy kis feszültség mentén és egy kis teljesítményű infravörös lézer kerül a készülékekre. Ez elektronok felszabadulásához vezet, amelyek a lézerrel és feszültséggel történő aktiválás után erős elektromos mező létrehozása miatt lényegében leszakadnak a fémről.

Teljesítmény és kilátás

A tesztek során az aktiválás után ezer százalékos vezetőképesség-növekedést mutattak ki a készülékek. Ezek az eszközök ugyan még nem tökéletesek, de eleve csak a koncepció bizonyítékának szánták őket.

A csapat vezetője, Dan Sievenpiper professzor kijelenti, hogy ez a típusú eszköz nem képes helyettesíteni a félvezetők teljes skáláját. de úgy gondolja, hogy ezeknek kiemelkedő területei lesznek, például olyan alkalmazásokban, amelyek nagy frekvenciát vagy nagy teljesítményt igényelnek.

A csapat az eszközeik fejlesztésének módszereit vizsgálja, valamint hogy jobban megértsék azok működését, és feltárják az összes lehetséges alkalmazást.

Utolsó frissítés: 2022. február 03

A fenti cikk olyan társult linkeket tartalmazhat, amelyek segítenek a Guiding Tech támogatásában. Ez azonban nem befolyásolja szerkesztői integritásunkat. A tartalom elfogulatlan és hiteles marad.