Hvordan fungerer en datamaskinbrikke uten halvledere?

I disse dager forbinder vi datamaskiner og forskjellige mobile enheter automatisk med brikker laget av halvledende transistorer. Faktisk har transistoren i mange år vært en allestedsnærværende elektronisk komponent.

Dette var imidlertid ikke alltid tilfelle. I det siste ble apparater kalt vakuumrør, eller ventiler brukt i elektroniske enheter.

Transistorer vs. vakuumrør / ventiler

En transistor er en binær enhet som fungerer som en bryter, enten forhindrer eller lar en strøm flyte. Transistorer kan også brukes til å forsterke signaler. De er laget av halvledermateriale.

Et vakuumrør er også i stand til å kontrollere strømstrømmen, men oppnår dette ved å bruke en annen mekanisme enn transistoren. De er også mye større enn transistorer.

I utgangspunktet, etter introduksjonen av transistorer, tok elektronikkindustrien fart i et fenomenalt tempo. Dette har vært mulig på grunn av kontinuerlig krymping takket være design og teknologiske fremskritt.

For å understreke dette, inneholder moderne elektroniske enheter bokstavelig talt milliarder av transistorer, og de passer inn i relativt små pakker.

Ettersom antall transistorer i enheter har økt med årene, har også prosessorkraften og mulighetene til disse enhetene.

Kort sagt, transistorer og annen halvlederbasert elektronikk er kjempebra. Du må imidlertid være oppmerksom på at de ikke er uten problemene. På grunn av egenskapene til halvledende materialer er strømmen av elektroner begrenset noe, noe som kan hindre enheter i å fungere så ideelt som man ønsker.

Lover ny teknologi

I et mulig svar på dette problemet har et teknisk forskerteam ved University of California San Diego (UCSD) nylig laget mikroskalaenheter som ligner de en gang populære rør / ventiler.

Merk: Disse enhetene kan føre til alle slags spennende teknologier som bedre solceller og kan til og med brukes utenfor elektronikkindustrien i områder som fotokjemi og fotokatalyse, og kanskje være nyttige selv i forskjellige miljøapplikasjoner.

I disse enhetene blir elektroner frigjort til fritt rom, noe som betyr at det ikke er noe materiale der for å begrense strømningen. Dette er flott, men for å frigjøre disse elektronene, trengs det vanligvis mye energi, som tilfellet er med rør / ventiler som er på markedet i dag.

Høye temperaturer / høyspenning er vanligvis nødvendig for å frigjøre elektronene. Dette er tydeligvis ikke nødvendig med halvlederenheter, og disse typer forhold er ikke egnet for enheter som er avhengige av mikroelektronikk. Dette er en av de mange tingene som ville hjulpet i fremveksten av halvlederteknologi.

Teamet ved UCSD tok imidlertid en ny tilnærming til å komme seg rundt dette problemet. Deres enheter er laget med det som kalles en metasoverflate laget av gull, montert på en silisiumskive med et lag silisiumdioksid klemt innimellom.

For å frigjøre elektroner bruker teamet en todelt tilnærming; en lavspenning langs og en lav-drevet infrarød laser påføres enhetene. Dette fører til frigjøring av elektroner som essensielt blir dratt fra metallet på grunn av dannelse av et sterkt elektrisk felt etter aktivering med laser og spenning.

Ytelse og Outlook

I tester, etter aktivering, viste enhetene en tusen prosent økning i ledningsevne. Disse enhetene er riktignok ikke perfekte ennå, men de var bare ment som et bevis-of-concept i utgangspunktet.

Lagets leder, professor Dan Sievenpiper uttaler at denne typen enheter ikke er i stand til å erstatte hele spekteret av halvlederenheter, men han tror at de vil ha sine skiller seg ut områder, for eksempel i applikasjoner som krever høye frekvenser eller høy effekt.

Teamet undersøker metoder for å forbedre enhetene sine, samt få en bedre forståelse av hvordan de fungerer og utforske alle mulige applikasjoner.