როგორ მუშაობს კომპიუტერის ჩიპი ნახევარგამტარების გარეშე?

ამ დღეებში ჩვენ ავტომატურად ვაკავშირებთ კომპიუტერებს და სხვადასხვა მობილური მოწყობილობები ნახევარგამტარი ტრანზისტორებისგან დამზადებული ჩიპებით. მართლაც მრავალი წლის განმავლობაში ტრანზისტორი იყო ყველგანმყოფი ელექტრონული კომპონენტი.

თუმცა, ეს ყოველთვის ასე არ იყო. წარსულში ელექტრონულ მოწყობილობებში იყენებდნენ მოწყობილობებს, რომლებსაც ვაკუუმის მილები ან სარქველები ეძახდნენ.

ტრანზისტორები vs. ვაკუუმური მილები / სარქველები

ძირითადად, ტრანზისტორების დანერგვის შემდეგ, ელექტრონიკის ინდუსტრია ფენომენალური ტემპით ავიდა. ეს შესაძლებელი გახდა მათი მუდმივი შემცირების გამო, დიზაინისა და ტექნოლოგიური მიღწევების წყალობით.

ამის ხაზგასასმელად, თანამედროვე ელექტრონული მოწყობილობები შეიცავს სიტყვასიტყვით მილიარდობით ტრანზისტორი, და ისინი ჯდება შედარებით მცირე პაკეტებში.

რადგან წლების განმავლობაში იზრდებოდა მოწყობილობებში ტრანზისტორების რაოდენობა, ასევე გაიზარდა ამ მოწყობილობების დამუშავების სიმძლავრე და შესაძლებლობები.

მოკლედ, ტრანზისტორები და სხვა ნახევარგამტარებზე დაფუძნებული ელექტრონიკა გასაოცარია. ამასთან, უნდა გაითვალისწინოთ, რომ ისინი არ არიან პრობლემების გარეშე. ნახევარგამტარი მასალების თვისებების გამო, ელექტრონების ნაკადი გარკვეულწილად შეზღუდულია, რამაც შეიძლება ხელი შეუშალოს მოწყობილობების შესრულებას ისე იდეალურად, როგორც ვინმეს უნდა.

პერსპექტიული ახალი ტექნოლოგია

ამ საკითხზე შესაძლო პასუხში, საინჟინრო კვლევითი ჯგუფი კალიფორნიის უნივერსიტეტის სან დიეგოში (UCSD) ახლახან შექმნეს მიკრომასშტაბიანი მოწყობილობები, რომლებიც ოდესღაც პოპულარული მილების/სარქველების მსგავსია.

Შენიშვნა: ამ მოწყობილობებს შეუძლიათ გამოიწვიონ ყველა სახის საინტერესო ტექნოლოგია, როგორიცაა უკეთესი მზის უჯრედები და შეიძლება გამოყენებულ იქნეს გარეთაც. ელექტრონიკის ინდუსტრია ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ფოტოქიმია და ფოტოკატალიზი, შესაძლოა სასარგებლო იყოს სხვადასხვა გარემოშიც კი აპლიკაციები.

ამ მოწყობილობებში ელექტრონები თავისუფალ სივრცეში განთავისუფლდებიან, რაც იმას ნიშნავს, რომ იქ არ არის მასალა, რომელიც ზღუდავს მათ ნაკადს. ეს მშვენიერია, მაგრამ ამ ელექტრონების გასათავისუფლებლად, ჩვეულებრივ, ბევრი ენერგიაა საჭირო, როგორც ეს არის დღეს ბაზარზე არსებული მილების/სარქველების შემთხვევაში.

ელექტრონების გასათავისუფლებლად ჩვეულებრივ საჭიროა მაღალი ტემპერატურა/მაღალი ძაბვა. ეს აშკარად არ არის საჭირო ნახევარგამტარულ მოწყობილობებთან და ამ ტიპის პირობები არ არის შესაფერისი მოწყობილობებისთვის, რომლებიც ეყრდნობიან მიკროელექტრონიკას. ეს არის ერთ-ერთი იმ ბევრ რამეს შორის, რომელიც დაეხმარებოდა ნახევარგამტარული ტექნოლოგიის განვითარებას.

ამასთან, UCSD-ის გუნდმა გამოიყენა ახალი მიდგომა ამ პრობლემის გადასაჭრელად. მათი მოწყობილობები დამზადებულია ოქროსგან დამზადებულ მეტაზედაპირზე, რომელიც დამონტაჟებულია სილიკონის ვაფლზე, რომელშიც მოთავსებულია სილიციუმის დიოქსიდის ფენა.

ელექტრონების გასათავისუფლებლად გუნდი იყენებს ორმხრივ მიდგომას; მოწყობილობებზე გამოიყენება დაბალი ძაბვის გასწვრივ და დაბალი სიმძლავრის ინფრაწითელი ლაზერი. ეს იწვევს ელექტრონების გათავისუფლებას, რომლებიც არსებითად ამოღებულია ლითონისგან, ძლიერი ელექტრული ველის შექმნის გამო, ლაზერისა და ძაბვის გააქტიურების შემდეგ.

შესრულება და Outlook

ტესტებში, გააქტიურების შემდეგ, მოწყობილობებმა აჩვენეს გამტარობის ათასი პროცენტი ზრდა. მართალია, ეს მოწყობილობები ჯერ კიდევ არ არის სრულყოფილი, მაგრამ ისინი თავდაპირველად მხოლოდ კონცეფციის დამადასტურებელი იყო.

გუნდის ხელმძღვანელი, პროფესორი დენ სივენპაიპერი აცხადებს, რომ ამ ტიპის მოწყობილობას არ შეუძლია შეცვალოს ნახევარგამტარების მთელი დიაპაზონი. მოწყობილობები, მაგრამ მას მიაჩნია, რომ მათ ექნებათ გამორჩეული სფეროები, როგორიცაა აპლიკაციები, რომლებიც საჭიროებენ მაღალ სიხშირეებს ან მაღალ სიმძლავრეს.

გუნდი იკვლევს მათი მოწყობილობების გაუმჯობესების მეთოდებს, ასევე უკეთესად გაიგებს, თუ როგორ მუშაობენ ისინი და იკვლევს ყველა შესაძლო აპლიკაციას.