Як комп’ютерний чіп працює без напівпровідників?

У наші дні ми автоматично пов’язуємо комп’ютери та різні мобільні пристрої з мікросхемами з напівпровідникових транзисторів. Дійсно, протягом багатьох років транзистор був повсюдно поширеним електронним компонентом.

Однак так було не завжди. У минулому в електронних пристроях використовувалися пристрої, які називаються вакуумними трубками або клапанами.

Транзистори проти вакуумні трубки/клапани

В основному, після впровадження транзисторів, електронна промисловість пішла з феноменальними темпами. Це стало можливим завдяки їхньому постійному скороченню завдяки дизайну та технологічному прогресу.

Щоб підкреслити це, сучасні електронні пристрої містять буквально

мільярди транзисторів, і вони поміщаються у відносно невеликі упаковки.

Оскільки кількість транзисторів у пристроях з роками збільшувалася, збільшувалися й обчислювальна потужність і можливості цих пристроїв.

Коротше кажучи, транзистори та інша електроніка на основі напівпровідників приголомшливі. Однак слід зауважити, що вони не позбавлені проблем. Через властивості напівпровідникових матеріалів потік електронів дещо обмежений, що може перешкоджати пристроям працювати так ідеально, як хотілося б.

Нова перспективна техніка

У можливій відповіді на це питання, інженерна дослідницька група з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго (UCSD) нещодавно створили мікромасштабні пристрої, схожі на колись популярні трубки/клапани.

Примітка: Ці пристрої можуть привести до різноманітних захоплюючих технологій, таких як кращі сонячні батареї, і навіть можуть використовуватися за межами електронна промисловість у таких областях, як фотохімія та фотокаталіз, може бути корисною навіть у різних екологічних ситуаціях додатків.

У цих пристроях електрони вивільняються у вільний простір, а це означає, що там немає матеріалу, який би обмежував їх потік. Це чудово, але щоб вивільнити ці електрони, зазвичай потрібно багато енергії, як у випадку з трубками/клапанами, які сьогодні є на ринку.

Високі температури/висока напруга зазвичай потрібні для звільнення електронів. Очевидно, що це не потрібно для напівпровідникових приладів, і такі умови не підходять для пристроїв, які покладаються на мікроелектроніку. Це одна з багатьох речей, які допомогли б у розвитку напівпровідникових технологій.

Однак команда UCSD застосувала новий підхід до вирішення цієї проблеми. Їх пристрої виготовлені з так званої метаповерхні з золота, встановленої на кремнієвій пластині з шаром двоокису кремнію, затиснутою між ними.

Для вивільнення електронів команда використовує подвійний підхід; до приладів подається низька напруга вздовж і малопотужний інфрачервоний лазер. Це призводить до вивільнення електронів, які по суті відриваються від металу через створення сильного електричного поля після активації лазером і напругою.

Продуктивність і Outlook

У тестах після активації прилади показали тисячовідсоткове збільшення провідності. Правда, ці пристрої ще не досконалі, але спочатку вони були призначені лише як підтвердження концепції.

Керівник команди, професор Ден Сівенпайпер, стверджує, що цей тип пристроїв не здатний замінити весь діапазон напівпровідників. пристроїв, але він вірить, що вони матимуть свої помітні області, наприклад, у додатках, які вимагають високих частот або високої потужності.

Команда вивчає методи покращення своїх пристроїв, а також отримує краще розуміння того, як вони працюють, і вивчає всі можливі додатки.