Come funziona un chip per computer senza semiconduttori?

In questi giorni associamo automaticamente computer e vari dispositivi mobili con chip fatti di transistor semiconduttori. In effetti, per molti anni il transistor è stato un componente elettronico onnipresente.

Tuttavia, questo non è stato sempre il caso. In passato, nei dispositivi elettronici venivano utilizzati dispositivi chiamati tubi a vuoto o valvole.

transistor vs. tubi/valvole a vuoto

UN transistor è un dispositivo binario che funge da interruttore, impedendo o consentendo il flusso di corrente. I transistor possono essere utilizzati anche per amplificare i segnali. Sono realizzati in materiale semiconduttore.

UN tubo a vuoto è anche in grado di controllare il flusso di corrente, ma lo ottiene utilizzando un meccanismo diverso dal transistor. Sono anche molto più grandi dei transistor.

Fondamentalmente, dopo l'introduzione dei transistor, l'industria elettronica è decollata a un ritmo fenomenale. Ciò è stato possibile grazie al loro continuo restringimento grazie al design e ai progressi tecnologici.

Per sottolineare questo, i moderni dispositivi elettronici contengono letteralmente miliardi di transistore si adattano a pacchetti relativamente piccoli.

Con l'aumento del numero di transistor nei dispositivi nel corso degli anni, sono aumentate anche la potenza di elaborazione e le capacità di questi dispositivi.

In breve, i transistor e altri componenti elettronici basati su semiconduttori sono fantastici. Dovresti notare, tuttavia, che non sono privi di problemi. A causa delle proprietà dei materiali semiconduttori, il flusso di elettroni è in qualche modo limitato, il che può impedire ai dispositivi di funzionare in modo ideale come si vorrebbe.

Nuova tecnologia promettente

In una possibile risposta a questo problema, un team di ricerca ingegneristica presso l'Università della California San Diego (UCSD) hanno recentemente creato dispositivi su microscala simili ai tubi/valvole un tempo popolari.

Nota:

In questi dispositivi gli elettroni vengono liberati nello spazio libero, il che significa che non c'è materiale lì per limitare il loro flusso. Questo è fantastico, ma per rilasciare questi elettroni, di solito è necessaria molta energia, come nel caso dei tubi/valvole attualmente sul mercato.

Di solito sono necessarie alte temperature/alta tensione per liberare gli elettroni. Questo ovviamente non è necessario con i dispositivi a semiconduttore e questi tipi di condizioni non sono adatti per i dispositivi che si basano sulla microelettronica. Questa è una delle tante cose che avrebbero aiutato l'ascesa della tecnologia dei semiconduttori.

Il team dell'UCSD, tuttavia, ha adottato un nuovo approccio per aggirare questo problema. I loro dispositivi sono realizzati con quella che viene chiamata una metasuperficie d'oro, montata su un wafer di silicio con uno strato di biossido di silicio inserito nel mezzo.

Per rilasciare elettroni il team utilizza un duplice approccio; ai dispositivi vengono applicati una bassa tensione lungo e un laser a infrarossi a bassa potenza. Ciò porta al rilascio di elettroni che vengono essenzialmente strappati dal metallo a causa della creazione di un forte campo elettrico dopo l'attivazione con il laser e la tensione.

Prestazioni e prospettive

Nei test, dopo l'attivazione, i dispositivi hanno mostrato un aumento della conducibilità del mille percento. È vero che questi dispositivi non sono ancora perfetti, ma in primo luogo erano intesi solo come proof-of-concept.

Il capo del team, il professor Dan Sievenpiper, afferma che questo tipo di dispositivo non è in grado di sostituire l'intera gamma di semiconduttori dispositivi, ma ritiene che avranno le loro aree di spicco come nelle applicazioni che richiedono alte frequenze o alta potenza.

Il team sta esplorando metodi per migliorare i propri dispositivi, ottenere una migliore comprensione di come funzionano ed esplorare tutte le possibili applicazioni.

Ultimo aggiornamento il 03 febbraio 2022

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