ชิปคอมพิวเตอร์ทำงานอย่างไรโดยไม่มีสารกึ่งตัวนำ?

ทุกวันนี้เราเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์และสิ่งต่าง ๆ โดยอัตโนมัติ อุปกรณ์มือถือ ด้วยชิปที่ทำจากทรานซิสเตอร์สารกึ่งตัวนำ เป็นเวลาหลายปีแล้วที่ทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่แพร่หลาย

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กรณีเสมอไป ในอดีตอุปกรณ์ที่เรียกว่าหลอดสุญญากาศหรือวาล์วถูกใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ทรานซิสเตอร์กับ หลอดสูญญากาศ/วาล์ว

โดยพื้นฐานแล้ว หลังจากการแนะนำทรานซิสเตอร์ อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ก็เริ่มก้าวกระโดดอย่างมหัศจรรย์ สิ่งนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากการหดตัวอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการออกแบบและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

เพื่อเน้นสิ่งนี้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยประกอบด้วยตัวอักษร พันล้านทรานซิสเตอร์และพอดีกับบรรจุภัณฑ์ที่ค่อนข้างเล็ก

เนื่องจากจำนวนทรานซิสเตอร์ในอุปกรณ์เพิ่มขึ้นตลอดหลายปีที่ผ่านมา พลังการประมวลผลและความสามารถของอุปกรณ์เหล่านี้ก็เช่นกัน

กล่าวโดยย่อ ทรานซิสเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ นั้นยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม คุณควรสังเกตว่าพวกเขาไม่มีปัญหา เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ การไหลของอิเล็กตรอนจึงค่อนข้างจำกัด ซึ่งอาจขัดขวางไม่ให้อุปกรณ์ทำงานได้อย่างที่ต้องการ

มีแนวโน้มเทคโนโลยีใหม่

ในคำตอบที่เป็นไปได้สำหรับปัญหานี้ ทีมวิจัยด้านวิศวกรรมที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโก (UCSD) เพิ่งสร้างอุปกรณ์ไมโครสเกลที่คล้ายกับหลอด/วาล์วที่เคยเป็นที่นิยม

บันทึก: อุปกรณ์เหล่านี้สามารถนำไปสู่เทคโนโลยีที่น่าตื่นเต้นทุกประเภท เช่น โซลาร์เซลล์ที่ดีขึ้น และสามารถใช้ภายนอกได้ อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในด้านต่างๆ เช่น โฟโตเคมีและโฟโตคะตาไลซิสอาจมีประโยชน์แม้ในสภาพแวดล้อมต่างๆ แอปพลิเคชัน

ในอุปกรณ์เหล่านี้ อิเล็กตรอนจะถูกปลดปล่อยสู่ที่ว่าง หมายความว่าไม่มีวัสดุใดที่จะจำกัดการไหลของพวกมัน วิธีนี้ดีมาก แต่การจะปล่อยอิเล็กตรอนเหล่านี้ มักต้องการพลังงานจำนวนมาก เช่นเดียวกับหลอด/วาล์วที่ออกสู่ตลาดในปัจจุบัน

โดยปกติแล้วจะต้องใช้อุณหภูมิสูง/ไฟฟ้าแรงสูงในการปลดปล่อยอิเล็กตรอน เห็นได้ชัดว่าไม่จำเป็นกับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ และเงื่อนไขประเภทนี้ไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องพึ่งพาไมโครอิเล็กทรอนิกส์ นี่เป็นหนึ่งในหลาย ๆ อย่างที่จะช่วยในการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์

อย่างไรก็ตาม ทีมงานของ UCSD ได้ใช้แนวทางใหม่ในการแก้ไขปัญหานี้ อุปกรณ์ของพวกเขาทำด้วยสิ่งที่เรียกว่า metasurface ที่ทำจากทองคำ ซึ่งติดตั้งบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนที่มีชั้นของซิลิกอนไดออกไซด์ประกบอยู่ระหว่าง

ในการปลดปล่อยอิเล็กตรอน ทีมงานใช้วิธีการแบบสองทาง แรงดันไฟฟ้าต่ำและเลเซอร์อินฟราเรดกำลังต่ำถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์ สิ่งนี้นำไปสู่การปลดปล่อยอิเล็กตรอนซึ่งโดยพื้นฐานแล้วฉีกออกจากโลหะอันเนื่องมาจากการสร้างสนามไฟฟ้าที่แข็งแกร่งหลังจากการกระตุ้นด้วยเลเซอร์และแรงดันไฟฟ้า

ประสิทธิภาพและ Outlook

ในการทดสอบ หลังจากเปิดใช้งาน อุปกรณ์แสดงค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหนึ่งพันเปอร์เซ็นต์ อุปกรณ์เหล่านี้เป็นที่ยอมรับว่ายังไม่สมบูรณ์แบบ แต่มีจุดประสงค์เพื่อเป็นการพิสูจน์แนวคิดในตอนแรกเท่านั้น

ศาสตราจารย์ Dan Sievenpiper หัวหน้าทีมกล่าวว่าอุปกรณ์ประเภทนี้ไม่สามารถแทนที่เซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดได้ อุปกรณ์ แต่เขาเชื่อว่าพวกเขาจะมีจุดที่โดดเด่นเช่นในการใช้งานที่ต้องการความถี่สูงหรือพลังงานสูง

ทีมงานกำลังสำรวจวิธีการปรับปรุงอุปกรณ์ รวมทั้งทำความเข้าใจวิธีทำงานและสำรวจแอปพลิเคชันที่เป็นไปได้ทั้งหมด