Jak počítačový čip funguje bez polovodičů?

V současné době automaticky přidružujeme počítače a různá mobilní zařízení k čipům vyrobeným z polovodičových tranzistorů. Ve skutečnosti byl tranzistor po mnoho let všudypřítomnou elektronickou součástí.

Nebylo to však vždy tak. V minulosti byla v elektronických zařízeních používána zařízení nazývaná vakuové trubice nebo ventily.

Tranzistory vs. vakuové trubice / ventily

Tranzistor je binární zařízení, které funguje jako spínač, zabraňující nebo umožňující průtok proudu. Tranzistory lze také použít k zesílení signálů. Jsou vyrobeny z polovodičového materiálu.

Vakuová trubice je také schopna řídit tok proudu, ale toho dosahuje pomocí jiného mechanismu než tranzistor. Jsou také mnohem větší než tranzistory.

Po zavedení tranzistorů se elektronický průmysl v podstatě rozběhl fenomenálním tempem. To bylo možné díky jejich neustálému zmenšování díky konstrukčním a technologickým pokrokům.

Abychom to zdůraznili, moderní elektronická zařízení obsahují doslova miliardy tranzistorů a jsou vhodná do relativně malých balíčků.

Jak se počet tranzistorů v zařízeních v průběhu let zvyšoval, zvyšuje se také výpočetní výkon a schopnosti těchto zařízení.

Zkrátka, tranzistory a další elektronika založená na polovodičích jsou úžasné. Měli byste však poznamenat, že nejsou bez problémů. Kvůli vlastnostem polovodivých materiálů je tok elektronů poněkud omezen, což může omezit výkon zařízení tak, jak by si člověk přál.

Slibná nová technologie

V možné odpovědi na tento problém vytvořil tým technického výzkumu na Kalifornské univerzitě v San Diegu (UCSD) zařízení pro mikro měřítko podobné kdysi oblíbeným trubkám / ventilům.

Poznámka: Tato zařízení by mohla vést k nejrůznějším vzrušujícím technologiím, jako jsou lepší solární články, a mohla by být dokonce použita mimo elektronický průmysl v oblastech, jako je fotochemie a fotokatalýza, které mohou být užitečné i v různých environmentálních aplikacích.

V těchto zařízeních jsou elektrony uvolňovány do volného prostoru, což znamená, že neexistuje žádný materiál, který by omezoval jejich tok. To je skvělé, ale k uvolnění těchto elektronů je obvykle zapotřebí hodně energie, jako je tomu u trubic / ventilů, které jsou dnes na trhu.

K uvolnění elektronů se obvykle vyžadují vysoké teploty / vysoké napětí. U polovodičových zařízení to samozřejmě není nutné a tyto typy podmínek nejsou vhodné pro zařízení, která se spoléhají na mikroelektroniku. To je jedna z mnoha věcí, které by pomohly při rozvoji polovodičové technologie.

Tým na UCSD však zaujal k řešení tohoto problému nový přístup. Jejich zařízení jsou vyrobena s tzv. Metasurfaceem vyrobeným ze zlata, připevněným na křemíkový plátek s vrstvou oxidu křemičitého vloženého mezi ně.

K uvolnění elektronů tým používá dvojí přístup; na zařízení je aplikováno nízké napětí a infračervený laser s nízkým výkonem. To vede k uvolnění elektronů, které jsou v podstatě ripovány z kovu díky vytvoření silného elektrického pole po aktivaci laserem a napětím.

Výkon a Outlook

V testech po aktivaci zařízení vykazovala zvýšení vodivosti o tisíc procent. Tato zařízení sice sice ještě nejsou dokonalá, ale byla určena pouze jako důkaz konceptu.

Vedoucí týmu, profesor Dan Sievenpiper, uvádí, že tento typ zařízení není schopen nahradit celou řadu polovodičových zařízení, ale věří, že budou mít své výjimečné oblasti, jako například v aplikacích vyžadujících vysoké frekvence nebo vysoký výkon.

Tým zkoumá způsoby vylepšení svých zařízení a také lépe porozumí tomu, jak fungují, a zkoumá všechny možné aplikace.