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

א טרָנזִיסטוֹר הוא מכשיר בינארי הפועל כמתג, המונע או מאפשר לזרום לזרם. טרנזיסטורים יכולים לשמש גם להגברת אותות. הם עשויים מחומר מוליכים למחצה.

א צינור ואקום הוא גם מסוגל לשלוט בזרימת הזרם אך משיג זאת באמצעות מנגנון שונה מהטרנזיסטור. הם גם הרבה יותר גדולים מאשר טרנזיסטורים.

בעצם, לאחר הצגת הטרנזיסטורים, תעשיית האלקטרוניקה המריאה בקצב פנומנלי. זה התאפשר הודות להתכווצותם המתמשכת הודות להתקדמות העיצובית והטכנולוגית.

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:

במכשירים אלה משתחררים אלקטרונים לחלל פנוי, כלומר אין שם חומר שמגביל את זרימתם. זה נהדר אבל כדי לשחרר את האלקטרונים האלה, 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.

עודכן לאחרונה ב-03 בפברואר, 2022

המאמר לעיל עשוי להכיל קישורי שותפים שעוזרים לתמוך ב-Guiding Tech. עם זאת, זה לא משפיע על שלמות העריכה שלנו. התוכן נשאר חסר פניות ואותנטי.