Kako funkcionira računalni čip bez poluvodiča?

Ovih dana automatski povezujemo računala i razne mobilne uređaje s čipovima napravljenim od poluvodičkih tranzistora. Zapravo je dugi niz godina tranzistor bio sveprisutna elektronička komponenta.

Međutim, to nije uvijek bio slučaj. U prošlosti su se uređaji zvani vakuumske cijevi ili ventili koristili u elektroničkim uređajima.

Tranzistori vs vakuumske cijevi / ventili

Tranzistor je binarni uređaj koji djeluje kao prekidač, sprečavajući ili dopuštajući struji da teče. Tranzistori se također mogu koristiti za pojačavanje signala. Izrađeni su od materijala poluvodiča.

Vakuum cijev je također sposobna kontrolirati protok struje, ali to postiže pomoću drugog mehanizma na tranzistoru. Oni su također mnogo veći od tranzistora.

U osnovi, nakon uvođenja tranzistora, industrija elektronike krenula je fenomenalnim tempom. To je moguće zahvaljujući njihovom stalnom smanjivanju zahvaljujući dizajnu i tehnološkom napretku.

Da to naglasimo, moderni elektronički uređaji sadrže doslovno milijarde tranzistora, a oni se uklapaju u relativno male pakete.

Kako se tijekom godina povećavao broj tranzistora u uređajima, povećala se i procesna snaga i mogućnosti tih uređaja.

Ukratko, tranzistori i druga elektronika zasnovana na poluvodičima su fenomenalna. No trebali biste napomenuti da oni nisu bez svojih problema. Zbog svojstava poluvodičkih materijala, protok elektrona je donekle ograničen, što može spriječiti uređaje da rade tako idealno kako bi željeli.

Obećavajuće nove tehnologije

Kao mogući odgovor na to pitanje, inženjerski istraživački tim na Sveučilištu Kalifornija u San Diegu (UCSD) nedavno je stvorio uređaje za mikro razmjere slične nekad popularnim cijevima / ventilima.

Napomena: Ovi uređaji mogu dovesti do svih vrsta uzbudljivih tehnologija poput boljih solarnih ćelija i mogu se koristiti čak i izvan elektroničke industrije na područjima kao što su fotokemija i fotokataliza, što može biti korisno čak i u raznim primjenama u okolišu.

U tim se uređajima elektroni oslobađaju u slobodni prostor, što znači da tamo nema materijala koji bi ograničio njihov protok. To je sjajno, ali za oslobađanje ovih elektrona obično je potrebno puno energije kao što je to slučaj s cijevima / ventilima koji su danas na tržištu.

Za oslobađanje elektrona obično su potrebne visoke temperature / visoki napon. To očito nije potrebno za poluvodičke uređaje, a ove vrste uvjeta nisu prikladne za uređaje koji se oslanjaju na mikroelektroniku. Ovo je jedna od mnogih stvari koje bi pomogle u porastu tehnologije poluvodiča.

Tim s UCSD-a, međutim, zauzeo je nov pristup kako bi riješio taj problem. Njihovi uređaji napravljeni su od onoga što se naziva metalna površina od zlata, montirana na silikonskoj pločici sa slojem silicijevog dioksida umočenim između.

Za oslobađanje elektrona tim koristi dvostruki pristup; na uređaje se primjenjuju niski napon i infracrveni laser s niskim naponom. To dovodi do oslobađanja elektrona koji su u osnovi izvađeni iz metala zbog stvaranja jakog električnog polja nakon aktiviranja laserom i naponom.

Performanse i izgled

U testovima, nakon aktiviranja, uređaji su pokazali povećanje vodljivosti od tisuću posto. Ovi uređaji zasigurno još nisu savršeni, ali su u prvom redu zamišljeni kao dokaz koncepta.

Profesor Dan Sievenpiper, voditelj tima, navodi da ova vrsta uređaja nije sposobna zamijeniti čitav niz poluvodičkih uređaja, ali vjeruje da će im se istaći područja poput onih u aplikacijama koje zahtijevaju visoke frekvencije ili veliku snagu.

Tim istražuje metode poboljšanja svojih uređaja, kao i bolje razumijevanje njihovog rada, te istražuje sve moguće aplikacije.