איך שבב מחשב עובד ללא מוליכים למחצה?

בימים אלו אנו משייכים אוטומטית מחשבים ושונים מכשירים ניידים עם שבבים עשויים מטרנזיסטורים מוליכים למחצה. אכן במשך שנים רבות הטרנזיסטור היה רכיב אלקטרוני בכל מקום.

עם זאת, לא תמיד זה היה כך. בעבר, מכשירים שנקראו צינורות ואקום, או שסתומים, שימשו במכשירים אלקטרוניים.

טרנזיסטורים לעומת צינורות ואקום/שסתומים

בעצם, לאחר הצגת הטרנזיסטורים, תעשיית האלקטרוניקה המריאה בקצב פנומנלי. זה התאפשר הודות להתכווצותם המתמשכת הודות לעיצוב והתקדמות טכנולוגית.

כדי להדגיש זאת, מכשירים אלקטרוניים מודרניים מכילים תרתי משמע מיליארדי טרנזיסטורים, והם מתאימים לאריזות קטנות יחסית.

ככל שמספר הטרנזיסטורים במכשירים גדל עם השנים, כך גם כוח העיבוד והיכולות של מכשירים אלו.

בקיצור, טרנזיסטורים ואלקטרוניקה אחרת מבוססת מוליכים למחצה הם מדהימים. עם זאת, עליך לשים לב שהם אינם חפים מבעיותיהם. בשל המאפיינים של חומרים מוליכים למחצה, זרימת האלקטרונים מוגבלת במידה מסוימת, מה שעלול להפריע למכשירים לפעול בצורה אידיאלית כפי שרוצים.

מבטיח טכנולוגיה חדשה

בתשובה אפשרית לסוגיה זו, צוות מחקר הנדסי באוניברסיטת קליפורניה סן דייגו (UCSD) יצרו לאחרונה מכשירים בקנה מידה מיקרו בדומה לצינורות/שסתומים הפופולריים של פעם.

הערה: מכשירים אלה יכולים להוביל לכל מיני טכנולוגיה מרגשת כמו תאים סולאריים טובים יותר ואף יכולים לשמש מחוץ ל תעשיית האלקטרוניקה בתחומים כמו פוטוכימיה ופוטוקטליזה עשויה להיות שימושית אפילו בסביבות שונות יישומים.

במכשירים אלו אלקטרונים משתחררים לחלל פנוי, כלומר אין שם חומר שמגביל את זרימתם. זה נהדר אבל כדי לשחרר אלקטרונים אלה, בדרך כלל יש צורך בהרבה אנרגיה כפי שקורה בצינורות/שסתומים הקיימים כיום בשוק.

לרוב נדרשות טמפרטורות גבוהות/מתח גבוה כדי לשחרר את האלקטרונים. זה כמובן לא נחוץ בהתקני מוליכים למחצה, ותנאים מסוג זה אינם מתאימים למכשירים המסתמכים על מיקרואלקטרוניקה. זה אחד מהדברים הרבים שהיו מסייעים לעליית טכנולוגיית המוליכים למחצה.

עם זאת, הצוות ב-UCSD נקט בגישה חדשה כדי לעקוף את הבעיה הזו. המכשירים שלהם עשויים עם מה שנקרא משטח מטה עשוי זהב, המותקן על פרוסת סיליקון עם שכבה של סיליקון דו חמצני סחוצה ביניהם.

כדי לשחרר אלקטרונים הצוות משתמש בגישה כפולה; מתח נמוך לאורך ולייזר אינפרא אדום בעל עוצמה נמוכה מופעלים על המכשירים. זה מוביל לשחרור אלקטרונים אשר בעצם נתלשים מהמתכת עקב יצירת שדה חשמלי חזק לאחר הפעלה עם הלייזר והמתח.

ביצועים ו-Outlook

בבדיקות, לאחר ההפעלה, המכשירים הציגו עלייה של אלף אחוז במוליכות. המכשירים האלה אמנם עדיין לא מושלמים, אבל הם נועדו מלכתחילה רק כהוכחה לקונספט.

ראש הצוות, פרופסור דן סיונפיפר, קובע כי סוג זה של מכשיר אינו מסוגל להחליף את כל מגוון המוליכים למחצה מכשירים, אבל הוא מאמין שהם יהיו בולטים באזורים כמו ביישומים הדורשים תדרים גבוהים או הספק גבוה.

הצוות בוחן שיטות לשיפור המכשירים שלהם, כמו גם מקבל הבנה טובה יותר של איך הם עובדים ובוחן את כל היישומים האפשריים.