Hvordan fungerer en computerchip uden halvledere?

I disse dage forbinder vi automatisk computere og forskellige mobile enheder med chips lavet af halvledende transistorer. Faktisk har transistoren i mange år været en allestedsnærværende elektronisk komponent.

Dette var dog ikke altid tilfældet. Tidligere blev enheder kaldet vakuumrør eller ventiler brugt i elektroniske enheder.

Transistorer vs. vakuumrør / ventiler

En transistor er en binær enhed, der fungerer som en switch, der enten forhindrer eller tillader en strøm at strømme. Transistorer kan også bruges til at forstærke signaler. De er lavet af halvledermateriale.

Et vakuumrør er også i stand til at kontrollere strømstrømmen, men opnår dette ved hjælp af en anden mekanisme end transistoren. De er også meget større end transistorer.

Grundlæggende, efter introduktionen af ​​transistorer, startede elektronikindustrien i et fænomenalt tempo. Dette har været muligt på grund af deres kontinuerlige krympning takket være design og teknologiske fremskridt.

For at understrege dette indeholder moderne elektroniske enheder bogstaveligt talt milliarder af transistorer, og de passer i relativt små pakker.

Efterhånden som antallet af transistorer i enheder er steget i årenes løb, så har også disse enheds processorkraft og kapacitet.

Kort sagt, transistorer og anden halvlederbaseret elektronik er fantastisk. Du skal dog bemærke, at de ikke er uden deres problemer. På grund af egenskaberne ved halvledende materialer er strømmen af ​​elektroner begrænset noget, hvilket kan hindre enheder i at fungere så ideelt som man ønsker.

Lovende ny teknologi

I et muligt svar på dette spørgsmål har et teknisk forskerteam ved University of California San Diego (UCSD) for nylig oprettet mikroskalaenheder svarende til de engang populære rør / ventiler.

Bemærk: Disse enheder kan føre til alle slags spændende teknologier som bedre solceller og kan endda bruges uden for elektronikbranchen inden for områder som fotokemi og fotokatalyse, der måske kan være nyttige, selv i forskellige miljøapplikationer.

I disse enheder frigøres elektroner i det frie rum, hvilket betyder, at der ikke er noget materiale der til at begrænse deres strøm. Dette er fantastisk, men for at frigive disse elektroner er der normalt brug for en masse energi, som det er tilfældet med rør / ventiler, der i øjeblikket findes på markedet i dag.

Høje temperaturer / høj spænding er normalt påkrævet for at frigøre elektronerne. Dette er åbenlyst ikke nødvendigt med halvlederenheder, og disse typer betingelser er ikke egnede til enheder, der er afhængige af mikroelektronik. Dette er en af ​​de mange ting, der ville have hjulpet med fremkomsten af ​​halvlederteknologi.

Holdet på UCSD tog imidlertid en ny tilgang til at omgå dette problem. Deres enheder er lavet med det, der kaldes en metasoverflade lavet af guld, monteret på en siliciumskive med et lag siliciumdioxid klemt ind imellem.

For at frigive elektroner bruger teamet en dobbelt tilgang; en lav spænding langs og en lav-drevet infrarød laser påføres enhederne. Dette fører til frigivelse af elektroner, der i det væsentlige rives fra metallet på grund af oprettelsen af ​​et stærkt elektrisk felt efter aktivering med laser og spænding.

Ydeevne og Outlook

I tests viste enhederne en aktivering af tusind procent i ledningsevnen efter aktivering. Disse enheder er ganske vist endnu ikke perfekte, men de var kun ment som et bevis-of-concept i første omgang.

Holdets ledelse, professor Dan Sievenpiper, siger, at denne type enhed ikke er i stand til at erstatte hele spektret af halvlederenheder, men han mener, at de vil have deres fremtrædende områder, såsom i applikationer, der kræver høje frekvenser eller høj effekt.

Holdet undersøger metoder til forbedring af deres enheder samt får en bedre forståelse af, hvordan de fungerer, og udforsker alle de mulige applikationer.