Ako funguje počítačový čip bez polovodičov?

V dnešnej dobe si automaticky spájame počítače a rôzne mobilné zariadenia s čipmi vyrobenými z polovodičových tranzistorov. Tranzistor bol skutočne po mnoho rokov všadeprítomným elektronickým komponentom.

Nebolo to však vždy tak. V minulosti sa v elektronických zariadeniach používali zariadenia nazývané vákuové trubice alebo ventily.

Tranzistory vs. vákuové trubice/ventily

V podstate po zavedení tranzistorov sa elektronický priemysel rozbehol fenomenálnym tempom. To bolo možné vďaka ich neustálemu zmenšovaniu vďaka dizajnu a technologickému pokroku.

Aby sme to zdôraznili, moderné elektronické zariadenia obsahujú doslova miliardy tranzistorova zmestia sa do relatívne malých balení.

Ako sa počet tranzistorov v zariadeniach v priebehu rokov zvýšil, zvýšil sa aj výpočtový výkon a schopnosti týchto zariadení.

Stručne povedané, tranzistory a iná elektronika na báze polovodičov sú úžasné. Mali by ste však poznamenať, že nie sú bez problémov. Kvôli vlastnostiam polovodičových materiálov je tok elektrónov trochu obmedzený, čo môže brániť tomu, aby zariadenia fungovali tak ideálne, ako by sme chceli.

Sľubná nová technika

V možnej odpovedi na túto otázku inžiniersky výskumný tím na Kalifornskej univerzite v San Diegu (UCSD) nedávno vytvorili zariadenia v mikromeradle podobné kedysi populárnym elektrónkam/ventilom.

Poznámka: Tieto zariadenia by mohli viesť k rôznym vzrušujúcim technológiám, ako sú lepšie solárne články, a mohli by sa dokonca používať aj mimo nej elektronický priemysel v oblastiach, ako je fotochémia a fotokatalýza, môžu byť užitočné aj v rôznych prostrediach aplikácie.

V týchto zariadeniach sa elektróny uvoľňujú do voľného priestoru, čo znamená, že tam nie je žiadny materiál, ktorý by obmedzoval ich tok. To je skvelé, ale na uvoľnenie týchto elektrónov je zvyčajne potrebné veľa energie, ako je to v prípade rúr/ventilov, ktoré sú v súčasnosti na trhu.

Na uvoľnenie elektrónov sú zvyčajne potrebné vysoké teploty/vysoké napätie. To samozrejme nie je potrebné pri polovodičových zariadeniach a tieto typy podmienok nie sú vhodné pre zariadenia, ktoré sa spoliehajú na mikroelektroniku. Toto je jedna z mnohých vecí, ktoré by pomohli pri vzostupe polovodičovej technológie.

Tím v UCSD však zaujal nový prístup k obídenie tohto problému. Ich zariadenia sú vyrobené s tým, čo sa nazýva metapovrch vyrobený zo zlata, namontovaný na kremíkovej doštičke s vrstvou oxidu kremičitého vloženého medzi nimi.

Na uvoľnenie elektrónov tím používa dvojaký prístup; na zariadenia sa aplikuje nízke napätie pozdĺž a nízkovýkonný infračervený laser. To vedie k uvoľneniu elektrónov, ktoré sú v podstate vytrhnuté z kovu v dôsledku vytvorenia silného elektrického poľa po aktivácii laserom a napätím.

Výkon a výhľad

V testoch po aktivácii zariadenia vykazovali tisícpercentný nárast vodivosti. Tieto zariadenia síce ešte nie sú dokonalé, ale v prvom rade boli zamýšľané len ako dôkaz koncepcie.

Vedúci tímu, profesor Dan Sievenpiper, uvádza, že tento typ zariadenia nie je schopný nahradiť celý rad polovodičov. zariadenia, ale verí, že budú mať svoje výnimočné oblasti, napríklad v aplikáciách, ktoré vyžadujú vysoké frekvencie alebo vysoký výkon.

Tím skúma spôsoby vylepšovania svojich zariadení, ako aj lepšie pochopenie ich fungovania a skúma všetky možné aplikácie.