Kako računalniški čip deluje brez polprevodnikov?
Miscellanea / / February 16, 2022
Te dni avtomatsko povezujemo računalnike in razne mobilne naprave s čipi iz polprevodniških tranzistorjev. Dejansko je bil tranzistor že več let vseprisotna elektronska komponenta.
Vendar temu ni bilo vedno tako. V preteklosti so se v elektronskih napravah uporabljale naprave, imenovane vakuumske cevi ali ventili.
Tranzistorji vs. vakuumske cevi/ventili
A tranzistor je binarna naprava, ki deluje kot stikalo, ki preprečuje ali omogoča pretok toka. Tranzistorji se lahko uporabljajo tudi za ojačanje signalov. Izdelane so iz polprevodniškega materiala.
A vakuumska cev je tudi sposoben nadzorovati tokovni tok, vendar to doseže z uporabo drugačnega mehanizma kot tranzistor. Prav tako so veliko večji od tranzistorjev.
V bistvu se je po uvedbi tranzistorjev elektronska industrija razvila s fenomenalnim tempom. To je bilo mogoče zaradi njihovega nenehnega krčenja zahvaljujoč zasnovi in tehnološkemu napredku.
Da bi to poudarili, sodobne elektronske naprave vsebujejo dobesedno milijarde tranzistorjev, in so nameščeni v relativno majhnih paketih.
Ker se je število tranzistorjev v napravah z leti povečalo, se je povečala tudi procesorska moč in zmogljivosti teh naprav.
Skratka, tranzistorji in druga elektronika na osnovi polprevodnikov so super. Vendar morate upoštevati, da niso brez težav. Zaradi lastnosti polprevodniških materialov je pretok elektronov nekoliko omejen, kar lahko ovira delovanje naprav tako idealno, kot bi si želeli.
Obetavna nova tehnologija
V možnem odgovoru na to vprašanje, inženirska raziskovalna skupina na kalifornijski univerzi v San Diegu (UCSD) so pred kratkim ustvarili naprave v mikro merilu, podobne nekoč priljubljenim cevim/ventili.
Opomba:V teh napravah se elektroni sprostijo v prosti prostor, kar pomeni, da tam ni materiala, ki bi omejil njihov pretok. To je super, vendar je za sprostitev teh elektronov običajno potrebno veliko energije, kot je to v primeru cevi/ventil, ki so trenutno na trgu.
Za sprostitev elektronov so običajno potrebne visoke temperature/visoka napetost. To očitno ni potrebno pri polprevodniških napravah in te vrste pogojev niso primerne za naprave, ki se zanašajo na mikroelektroniko. To je ena od mnogih stvari, ki bi pripomogle k vzponu polprevodniške tehnologije.
Vendar pa je ekipa pri UCSD ubrala nov pristop k reševanju tega problema. Njihove naprave so narejene s tako imenovano metapovršino iz zlata, nameščeno na silicijevi rezini s plastjo silicijevega dioksida, ki je vpeta vmes.
Za sprostitev elektronov ekipa uporablja dvojni pristop; na naprave se uporablja nizka napetost vzdolž in infrardeči laser z nizko močjo. To vodi do sproščanja elektronov, ki so v bistvu iztrgani iz kovine zaradi ustvarjanja močnega električnega polja po aktivaciji z laserjem in napetostjo.
Učinkovitost in Outlook
Na testih so naprave po aktivaciji pokazale tisočodstotno povečanje prevodnosti. Te naprave sicer še niso popolne, a so bile v prvi vrsti mišljene le kot dokaz koncepta.
Vodja ekipe, profesor Dan Sievenpiper, navaja, da ta vrsta naprav ni sposobna nadomestiti celotne palete polprevodnikov naprav, vendar verjame, da bodo imeli svoja izstopajoča področja, kot so aplikacije, ki zahtevajo visoke frekvence ali visoko moč.
Ekipa raziskuje metode za izboljšanje svojih naprav, pa tudi bolje razume, kako delujejo, in raziskuje vse možne aplikacije.
Nazadnje posodobljeno 3. februarja 2022
Zgornji članek lahko vsebuje pridružene povezave, ki pomagajo podpirati Guiding Tech. Vendar to ne vpliva na našo uredniško integriteto. Vsebina ostaja nepristranska in pristna.