Как компьютерный чип работает без полупроводников?

В наши дни мы автоматически связываем компьютеры и различные мобильные устройства с микросхемами на полупроводниковых транзисторах. Действительно, в течение многих лет транзистор был вездесущим электронным компонентом.

Однако так было не всегда. В прошлом в электронных устройствах использовались устройства, называемые вакуумными трубками или клапанами.

Транзисторы против. вакуумные трубки/клапаны

А транзистор представляет собой бинарное устройство, которое действует как переключатель, либо предотвращая, либо разрешая протекание тока. Транзисторы также можно использовать для усиления сигналов. Они изготовлены из полупроводникового материала.

А вакуумная труба также способен управлять протеканием тока, но для этого используется механизм, отличный от транзистора. Они также намного больше, чем транзисторы.

По сути, после появления транзисторов электронная промышленность развивалась феноменальными темпами. Это стало возможным благодаря их постоянному уменьшению благодаря дизайну и техническим достижениям.

Чтобы подчеркнуть это, современные электронные устройства содержат буквально миллиарды транзисторов, и они помещаются в относительно небольшие пакеты.

По мере того, как количество транзисторов в устройствах с годами увеличивалось, увеличивалась вычислительная мощность и возможности этих устройств.

Короче говоря, транзисторы и другая полупроводниковая электроника — это круто. Вы должны отметить, однако, что они не без проблем. Из-за свойств полупроводниковых материалов поток электронов несколько ограничен, что может помешать устройствам работать так идеально, как хотелось бы.

Перспективная новая технология

В возможном ответе на этот вопрос, группа инженерных исследований Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) недавно создали устройства микромасштаба, подобные некогда популярным трубкам/клапанам.

Примечание:

В этих устройствах электроны высвобождаются в свободное пространство, а это означает, что там нет материала, ограничивающего их поток. Это здорово, но для высвобождения этих электронов обычно требуется много энергии, как в случае с трубками/клапанами, представленными в настоящее время на рынке.

Для освобождения электронов обычно требуются высокие температуры/высокое напряжение. Это, очевидно, не требуется для полупроводниковых устройств, и такие условия не подходят для устройств, основанных на микроэлектронике. Это одна из многих вещей, которые помогли бы развитию полупроводниковой технологии.

Однако команда UCSD применила новый подход к решению этой проблемы. Их устройства состоят из так называемой метаповерхности из золота, закрепленной на кремниевой пластине, между которой находится слой диоксида кремния.

Для высвобождения электронов команда использует двойной подход; к устройствам применяется низкое напряжение и маломощный инфракрасный лазер. Это приводит к высвобождению электронов, которые по существу отрываются от металла из-за создания сильного электрического поля после активации лазером и напряжением.

Производительность и перспективы

В тестах после активации устройства показали тысячепроцентное увеличение проводимости. Эти устройства, по общему признанию, еще не совершенны, но в первую очередь они были предназначены только для проверки концепции.

Руководитель группы профессор Дэн Сивенпайпер утверждает, что этот тип устройства не способен заменить весь спектр полупроводниковых приборов. устройств, но он считает, что они будут иметь свои особенности, например, в приложениях, требующих высоких частот или высокой мощности.

Команда изучает методы улучшения своих устройств, а также лучше понимает, как они работают, и исследует все возможные приложения.

Последнее обновление: 03 февраля 2022 г.

Вышеупомянутая статья может содержать партнерские ссылки, которые помогают поддерживать Guiding Tech. Однако это не влияет на нашу редакционную честность. Содержание остается беспристрастным и аутентичным.