Kuinka tietokonepiiri toimii ilman puolijohteita?

Nykyään liitämme tietokoneet ja erilaiset mobiililaitteet automaattisesti puolijohteisiin transistoreista tehtyihin siruihin. Itse asiassa transistori on ollut monien vuosien ajan kaikkialla läsnä oleva elektroninen komponentti.

Näin ei kuitenkaan aina ollut. Aikaisemmin elektronisissa laitteissa käytettiin tyhjiöputkiksi kutsuttuja laitteita tai venttiilejä.

Transistorit vs tyhjiöputket / venttiilit

Transistori on binäärinen laite, joka toimii kytkimenä, joka joko estää tai sallii virran virtauksen. Transistoreita voidaan käyttää myös signaalien vahvistamiseen. Ne on valmistettu puolijohdemateriaalista.

Tyhjiöputki kykenee myös säätämään virran virtausta, mutta saavuttaa tämän käyttämällä erilaista mekanismia kuin transistori. Ne ovat myös paljon suurempia kuin transistorit.

Periaatteessa transistorien käyttöönoton jälkeen elektroniikkateollisuus aloitti ilmiömäisen vauhdin. Tämä on ollut mahdollista johtuen niiden jatkuvasta kutistumisesta suunnittelun ja teknologisen kehityksen ansiosta.

Tämän korostamiseksi nykyaikaiset elektroniset laitteet sisältävät kirjaimellisesti miljardeja transistoreita, ja ne sopivat suhteellisen pieniin paketteihin.

Koska laitteiden transistorien lukumäärä on kasvanut vuosien varrella, samoin on näiden laitteiden prosessointiteho ja ominaisuudet.

Lyhyesti sanottuna, transistorit ja muu puolijohdepohjainen elektroniikka ovat mahtavia. Sinun tulisi kuitenkin huomata, että he eivät ole ilman aiheitaan. Puolijohtavien materiaalien ominaisuuksien takia elektronien virtaus on rajoitettu jonkin verran, mikä voi estää laitteita toimimasta niin ihanteellisella tavalla kuin haluaisi.

Lupaava uusi tekniikka

Mahdollisessa vastauksessa tähän kysymykseen Kalifornian yliopiston San Diegon (UCSD) tekninen tutkimusryhmä on hiljattain luonut mikromittakaavan laitteet, jotka ovat samanlaisia ​​kuin aikaisemmin suositut putket / venttiilit.

Huomaa: Nämä laitteet voivat johtaa kaikenlaiseen jännittävään tekniikkaan, kuten parempiin aurinkokennoihin, ja niitä voidaan käyttää jopa elektroniikkateollisuuden ulkopuolella sellaisilla aloilla kuin fotokemia ja fotokatalyysi, jotka saattavat olla hyödyllisiä jopa monissa ympäristösovelluksissa.

Näissä laitteissa elektronit vapautuvat vapaaseen tilaan, mikä tarkoittaa, että siellä ei ole materiaalia, joka rajoittaisi niiden virtausta. Tämä on hienoa, mutta näiden elektronien vapauttamiseen tarvitaan yleensä paljon energiaa, kuten nykyään markkinoilla olevilla putkilla / venttiileillä.

Elektronien vapauttamiseen vaaditaan yleensä korkeita lämpötiloja / korkeaa jännitettä. Tämä ei selvästikään ole välttämätöntä puolijohdelaitteiden kanssa, ja tällaiset olosuhteet eivät sovellu laitteisiin, jotka tukeutuvat mikroelektroniikkaan. Tämä on yksi monista asioista, jotka olisivat auttaneet puolijohdeteknologian nousussa.

UCSD: n ryhmä kuitenkin käytti uutta lähestymistapaa tämän ongelman ratkaisemiseksi. Heidän laitteistonsa on valmistettu niin kutsutusta kultaisesta metasurface-pinnasta, joka on asennettu piikiekkoon välikerroksen sisällä olevan piidioksidikerroksen kanssa.

Elektronien vapauttamiseksi joukkue käyttää kaksinkertaista lähestymistapaa; laitteisiin kohdistetaan matala jännite ja pienitehoinen infrapunalaser. Tämä johtaa elektronien vapautumiseen, jotka revitään oleellisesti metallista johtuen voimakkaasta sähkökentästä, kun ne on aktivoitu laserilla ja jännitteellä.

Suorituskyky ja näkymät

Kokeissa aktivoinnin jälkeen laitteiden johtavuus kasvoi tuhansella prosentilla. Nämä laitteet eivät tosin ole vielä täydellisiä, mutta ne oli tarkoitettu vain konseptin todisteeksi.

Ryhmän johtaja, professori Dan Sievenpiper toteaa, että tämäntyyppiset laitteet eivät pysty korvaamaan koko puolijohdelaitteistoa, mutta hän uskoo, että niillä on erottuvat alueet, kuten sovelluksissa, jotka vaativat korkeita taajuuksia tai suurta tehoa.

Ryhmä tutkii menetelmiä laitteidensa parantamiseksi sekä ymmärtää paremmin heidän toimintansa ja selvittää kaikkia mahdollisia sovelluksia.