Hur fungerar ett datorchip utan halvledare?

Nuförtiden kopplar vi automatiskt ihop datorer och diverse Mobil enheter med chips gjorda av halvledande transistorer. Under många år har faktiskt transistorn varit en allestädes närvarande elektronisk komponent.

Detta var dock inte alltid fallet. Förr i tiden användes enheter som kallas vakuumrör eller ventiler i elektroniska enheter.

Transistorer vs. vakuumrör/ventiler

A transistor är en binär enhet som fungerar som en omkopplare, antingen förhindrar eller tillåter en ström att flyta. Transistorer kan också användas för att förstärka signaler. De är gjorda av halvledarmaterial.

A dammsugarslang är också kapabel att styra strömflödet men uppnår detta med en annan mekanism än transistorn. De är också mycket större än transistorer.

I grund och botten, efter introduktionen av transistorer, tog elektronikindustrin fart i en fenomenal takt. Detta har varit möjligt på grund av deras ständiga krympning tack vare design och tekniska framsteg.

För att betona detta innehåller moderna elektroniska enheter bokstavligen miljarder transistorer, och de passar i relativt små förpackningar.

Eftersom antalet transistorer i enheter har ökat under åren, har processorkraften och kapaciteten hos dessa enheter också ökat.

Kort sagt, transistorer och annan halvledarbaserad elektronik är fantastiska. Du bör dock notera att de inte är utan sina problem. På grund av egenskaperna hos halvledande material är flödet av elektroner något begränsat, vilket kan hindra enheter från att fungera så idealiskt som man skulle vilja.

Lovande ny teknik

Som ett möjligt svar på denna fråga, ett ingenjörsforskarteam vid University of California San Diego (UCSD) har nyligen skapat enheter i mikroskala som liknar de en gång populära rören/ventilerna.

Notera:

I dessa enheter frigörs elektroner i fritt utrymme, vilket betyder att det inte finns något material där som begränsar deras flöde. Detta är bra, men för att frigöra dessa elektroner krävs vanligtvis mycket energi, vilket är fallet med rör/ventiler som finns på marknaden idag.

Det krävs vanligtvis höga temperaturer/hög spänning för att frigöra elektronerna. Detta är uppenbarligen inte nödvändigt med halvledarenheter, och dessa typer av förhållanden är inte lämpliga för enheter som är beroende av mikroelektronik. Detta är en av många saker som skulle ha bidragit till framväxten av halvledarteknologi.

Teamet vid UCSD tog dock ett nytt tillvägagångssätt för att komma runt detta problem. Deras enheter är gjorda med vad som kallas en metayta gjord av guld, monterad på en kiselwafer med ett lager av kiseldioxid inklämt emellan.

För att frigöra elektroner använder teamet ett tvåfaldigt tillvägagångssätt; en lågspänning längs och en lågeffekts infraröd laser appliceras på enheterna. Detta leder till frigöring av elektroner som i huvudsak slits ur metallen på grund av skapandet av ett starkt elektriskt fält efter aktivering med laser och spänning.

Prestanda och Outlook

I tester, efter aktivering, visade enheterna en tusenprocentig ökning i konduktivitet. Dessa enheter är visserligen inte perfekta ännu, men de var bara tänkta som ett proof-of-concept i första hand.

Teamets ledare, professor Dan Sievenpiper säger att denna typ av enhet inte kan ersätta hela sortimentet av halvledare enheter, men han tror att de kommer att ha sina utmärkande områden som i applikationer som kräver höga frekvenser eller hög effekt.

Teamet undersöker metoder för att förbättra sina enheter samt får en bättre förståelse för hur de fungerar och utforskar alla möjliga applikationer.

Senast uppdaterad den 3 februari 2022

Ovanstående artikel kan innehålla affiliate-länkar som hjälper till att stödja Guiding Tech. Det påverkar dock inte vår redaktionella integritet. Innehållet förblir opartiskt och autentiskt.