Kā datora mikroshēma darbojas bez pusvadītājiem?

Mūsdienās mēs automātiski saistām datorus un dažādus mobilās ierīces ar mikroshēmām, kas izgatavotas no pusvadītāju tranzistoriem. Patiešām, daudzus gadus tranzistors ir bijis visuresošs elektronisks komponents.

Tomēr tas ne vienmēr bija tā. Agrāk elektroniskās ierīcēs tika izmantotas ierīces, ko sauca par vakuuma caurulēm vai vārstiem.

Tranzistori vs. vakuuma caurules/vārsti

Būtībā pēc tranzistoru ieviešanas elektronikas industrija pacēlās fenomenālā tempā. Tas ir bijis iespējams, pateicoties to nepārtrauktai saraušanai, pateicoties dizaina un tehnoloģiju attīstībai.

Lai to uzsvērtu, mūsdienu elektroniskās ierīces satur burtiski miljardiem tranzistoru, un tie ir ievietoti salīdzinoši mazos iepakojumos.

Tā kā gadu gaitā ir palielinājies tranzistoru skaits ierīcēs, ir palielinājusies arī šo ierīču apstrādes jauda un iespējas.

Īsāk sakot, tranzistori un cita uz pusvadītāju balstīta elektronika ir lieliska. Tomēr jāņem vērā, ka tie nav bez problēmām. Pusvadītāju materiālu īpašību dēļ elektronu plūsma ir nedaudz ierobežota, kas var traucēt ierīcēm darboties tik ideāli, kā to vēlētos.

Daudzsološa jauna tehnoloģija

Iespējamā atbilde uz šo jautājumu inženierzinātņu pētniecības grupa Kalifornijas Sandjego Universitātē (UCSD) nesen ir radījuši mikro mēroga ierīces, kas līdzīgas kādreiz populārajām caurulēm/vārstiem.

Piezīme: Šīs ierīces var radīt visu veidu aizraujošas tehnoloģijas, piemēram, labākas saules baterijas, un tās pat varētu izmantot ārpus tās elektronikas nozare tādās jomās kā fotoķīmija un fotokatalīze var būt noderīga pat dažādās vidēs lietojumprogrammas.

Šajās ierīcēs elektroni tiek atbrīvoti brīvā telpā, kas nozīmē, ka tur nav materiāla, kas ierobežotu to plūsmu. Tas ir lieliski, taču, lai atbrīvotu šos elektronus, parasti ir nepieciešams daudz enerģijas, kā tas ir ar pašlaik tirgū esošajām caurulēm/vārstiem.

Lai atbrīvotu elektronus, parasti ir nepieciešama augsta temperatūra / augsts spriegums. Tas acīmredzami nav nepieciešams ar pusvadītāju ierīcēm, un šāda veida apstākļi nav piemēroti ierīcēm, kas balstās uz mikroelektroniku. Šī ir viena no daudzajām lietām, kas būtu veicinājušas pusvadītāju tehnoloģijas pieaugumu.

Tomēr UCSD komanda izmantoja jaunu pieeju, lai apietu šo problēmu. Viņu ierīces ir izgatavotas ar tā saukto metavirsmu, kas izgatavota no zelta, kas uzstādīta uz silīcija plāksnītes ar silīcija dioksīda slāni starp tām.

Lai atbrīvotu elektronus, komanda izmanto divkāršu pieeju; ierīcēm tiek pielietots zemspriegums un mazjaudas infrasarkanais lāzers. Tas noved pie elektronu atbrīvošanās, kas būtībā tiek noplēsti no metāla, jo pēc aktivizēšanas ar lāzeru un spriegumu tiek izveidots spēcīgs elektriskais lauks.

Veiktspēja un perspektīva

Pārbaudēs pēc aktivizēšanas ierīces uzrādīja tūkstoš procentu vadītspējas pieaugumu. Jāatzīst, ka šīs ierīces vēl nav ideālas, taču tās sākotnēji bija paredzētas tikai kā koncepcijas pierādījums.

Komandas vadītājs profesors Dens Sīvenpipers norāda, ka šāda veida ierīce nespēj aizstāt visu pusvadītāju klāstu. ierīces, taču viņš uzskata, ka tām būs savas izcilās jomas, piemēram, lietojumprogrammās, kurām nepieciešamas augstas frekvences vai liela jauda.

Komanda pēta metodes, kā uzlabot savas ierīces, kā arī gūst labāku izpratni par to darbību un pēta visas iespējamās lietojumprogrammas.