Как компьютерный чип работает без полупроводников?

В наши дни мы автоматически связываем компьютеры и различные мобильные устройства с чипами из полупроводниковых транзисторов. Действительно, в течение многих лет транзистор был повсеместным электронным компонентом.

Однако это было не всегда так. В прошлом устройства, называемые вакуумными трубками или клапанами, использовались в электронных устройствах.

Транзисторы против вакуумных трубок / клапанов

Транзистор - это двоичное устройство, которое действует как переключатель, либо предотвращая, либо пропуская ток. Транзисторы также могут быть использованы для усиления сигналов. Они сделаны из полупроводникового материала.

Вакуумная трубка также способна контролировать ток, но достигает этого, используя механизм, отличный от транзистора. Они также намного крупнее транзисторов.

В основном, после введения транзисторов, электронная промышленность развивалась феноменальными темпами. Это стало возможным благодаря их постоянному сокращению благодаря дизайну и технологическим достижениям.

Чтобы подчеркнуть это, современные электронные устройства содержат буквально миллиарды транзисторов, и они помещаются в относительно небольшие пакеты.

По мере того, как количество транзисторов в устройствах увеличивалось с годами, увеличивалась вычислительная мощность и возможности этих устройств.

Короче говоря, транзисторы и другая полупроводниковая электроника - это круто. Вы должны отметить, однако, что они не без их проблем. Из-за свойств полупроводниковых материалов поток электронов несколько ограничен, что может затруднить работу устройств настолько идеально, насколько хотелось бы.

Перспективная новая технология

В качестве возможного ответа на этот вопрос, команда инженеров-исследователей в Университете Калифорнии в Сан-Диего (UCSD) недавно создала микромасштабные устройства, подобные когда-то популярным трубам / клапанам.

Примечание. Эти устройства могут привести ко всем видам захватывающих технологий, таких как более совершенные солнечные элементы, и могут даже использоваться за пределами электронной промышленности в таких областях, как фотохимия и фотокатализ, и могут быть полезны даже в различных условиях окружающей среды.

В этих устройствах электроны высвобождаются в свободное пространство, что означает, что там нет материала для ограничения их потока. Это здорово, но для высвобождения этих электронов обычно требуется много энергии, как в случае с трубками / клапанами, которые в настоящее время доступны на рынке.

Высокие температуры / высокое напряжение обычно требуются для освобождения электронов. Это явно не обязательно для полупроводниковых устройств, и эти типы условий не подходят для устройств, которые полагаются на микроэлектронику. Это одна из многих вещей, которые помогли бы в развитии полупроводниковой технологии.

Команда UCSD, однако, применила новый подход к решению этой проблемы. Их устройства сделаны из так называемой метасоверхности из золота, закрепленной на кремниевой пластине со слоем диоксида кремния, зажатого между ними.

Чтобы освободить электроны, команда использует двоякий подход; на устройства подается низкое напряжение и инфракрасный лазер с низким энергопотреблением. Это приводит к высвобождению электронов, которые, по существу, оторваны от металла вследствие создания сильного электрического поля после активации лазером и напряжения.

Производительность и перспективы

В тестах после активации устройства показали увеличение проводимости на тысячу процентов. Эти устройства, по общему признанию, еще не совершенны, но в первую очередь они были предназначены только для проверки концепции.

Руководитель группы, профессор Дэн Сивенпайпер, заявляет, что устройства такого типа не способны заменить весь спектр полупроводниковых устройств, но он считает, что у них будут свои особые области, такие как в приложениях, где требуются высокие частоты или высокая мощность.

Команда исследует методы улучшения своих устройств, а также получает лучшее понимание того, как они работают, и исследует все возможные приложения.