Hvordan fungerer en databrikke uten halvledere?

I disse dager forbinder vi automatisk datamaskiner og div mobile enheter med brikker laget av halvledende transistorer. Faktisk har transistoren i mange år vært en allestedsnærværende elektronisk komponent.

Dette var imidlertid ikke alltid tilfelle. Tidligere ble enheter kalt vakuumrør, eller ventiler, brukt i elektroniske enheter.

Transistorer vs. vakuumrør/ventiler

EN transistor er en binær enhet som fungerer som en bryter, enten hindrer eller lar en strøm flyte. Transistorer kan også brukes til å forsterke signaler. De er laget av halvledermateriale.

EN vakuumrør er også i stand til å kontrollere strømflyten, men oppnår dette ved å bruke en annen mekanisme enn transistoren. De er også mye større enn transistorer.

I utgangspunktet, etter introduksjonen av transistorer, tok elektronikkindustrien fart i et fenomenalt tempo. Dette har vært mulig på grunn av deres kontinuerlige krymping takket være design og teknologiske fremskritt.

For å understreke dette inneholder moderne elektroniske enheter bokstavelig talt milliarder av transistorer, og de passer inn i relativt små pakker.

Ettersom antallet transistorer i enheter har økt gjennom årene, har også prosessorkraften og egenskapene til disse enhetene økt.

Kort sagt, transistorer og annen halvlederbasert elektronikk er kjempebra. Du bør imidlertid merke deg at de ikke er uten problemer. På grunn av egenskapene til halvledende materialer er strømmen av elektroner noe begrenset, noe som kan hindre enheter i å yte så ideelt som man ønsker.

Lovende ny teknologi

I et mulig svar på dette problemet, et ingeniørforskerteam ved University of California San Diego (UCSD) har nylig laget enheter i mikroskala som ligner på de en gang populære rørene/ventilene.

Merk:

I disse enhetene frigjøres elektroner til ledig plass, noe som betyr at det ikke er noe materiale der som begrenser deres flyt. Dette er flott, men for å frigjøre disse elektronene trengs vanligvis mye energi, slik tilfellet er med rør/ventiler på markedet i dag.

Det kreves vanligvis høye temperaturer/høy spenning for å frigjøre elektronene. Dette er åpenbart ikke nødvendig med halvlederenheter, og denne typen forhold er ikke egnet for enheter som er avhengige av mikroelektronikk. Dette er en av de mange tingene som ville ha hjulpet i fremveksten av halvlederteknologi.

Teamet ved UCSD tok imidlertid en ny tilnærming til å omgå dette problemet. Enhetene deres er laget med det som kalles en metaoverflate laget av gull, montert på en silisiumplate med et lag med silisiumdioksid klemt i mellom.

For å frigjøre elektroner bruker teamet en todelt tilnærming; en lavspenning langs og en laveffekts infrarød laser påføres enhetene. Dette fører til frigjøring av elektroner som i hovedsak rives fra metallet på grunn av dannelsen av et sterkt elektrisk felt etter aktivering med laser og spenning.

Ytelse og Outlook

I tester, etter aktivering, viste enhetene en tusen prosent økning i konduktivitet. Disse enhetene er riktignok ikke perfekte ennå, men de var kun ment som et proof-of-concept i utgangspunktet.

Teamets leder, professor Dan Sievenpiper uttaler at denne typen enheter ikke er i stand til å erstatte hele utvalget av halvledere enheter, men han tror at de vil skille seg ut i områder som i applikasjoner som krever høye frekvenser eller høy effekt.

Teamet utforsker metoder for å forbedre enhetene sine, samt får en bedre forståelse av hvordan de fungerer og utforsker alle mulige applikasjoner.

Sist oppdatert 3. februar 2022

Artikkelen ovenfor kan inneholde tilknyttede lenker som hjelper til med å støtte Guiding Tech. Det påvirker imidlertid ikke vår redaksjonelle integritet. Innholdet forblir objektivt og autentisk.