Ένα τσιπ υπολογιστών χωρίς ημιαγωγούς; Πώς λειτουργεί αυτό;
Αυτές τις μέρες συνδέουμε αυτόματα υπολογιστές και διάφορα κινητές συσκευές με μάρκες κατασκευασμένες από ημιαγώγιμα τρανζίστορ. Πράγματι, εδώ και πολλά χρόνια το τρανζίστορ ήταν ένα πανταχού παρόν ηλεκτρονικό στοιχείο.
Ωστόσο, αυτό δεν συνέβαινε πάντοτε. Στο παρελθόν, συσκευές που ονομάζονταν σωλήνες κενού ή βαλβίδες χρησιμοποιήθηκαν σε ηλεκτρονικές συσκευές.
Τρανζίστορ έναντι σωλήνων / βαλβίδων κενού
Α τρανζίστορ είναι μια δυαδική συσκευή που λειτουργεί ως διακόπτης, είτε εμποδίζοντας είτε επιτρέποντας τη ροή ρεύματος. Τα τρανζίστορ μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ενίσχυση των σημάτων. Είναι κατασκευασμένα από υλικό ημιαγωγού.
Α σωλήνας κενού είναι επίσης ικανό να ελέγχει τη ροή ρεύματος αλλά επιτυγχάνει αυτό χρησιμοποιώντας έναν διαφορετικό μηχανισμό προς το τρανζίστορ. Είναι επίσης πολύ μεγαλύτερα από τα τρανζίστορ.
Βασικά, μετά την εισαγωγή των τρανζίστορ, η βιομηχανία ηλεκτρονικών απογειώθηκε με εκπληκτικό ρυθμό. Αυτό κατέστη δυνατό λόγω της συνεχιζόμενης συρρίκνωσης τους χάρη στον σχεδιασμό και την τεχνολογική πρόοδο.
Για να τονίσουμε αυτό, οι σύγχρονες ηλεκτρονικές συσκευές περιέχουν κυριολεκτικά δισεκατομμύρια τρανζίστορ, και είναι κατάλληλα σε σχετικά μικρά πακέτα.
Καθώς οι αριθμοί των τρανζίστορ σε συσκευές έχουν αυξηθεί με την πάροδο των ετών, έχει και την ισχύ επεξεργασίας και τις δυνατότητες αυτών των συσκευών.
Εν ολίγοις, τα τρανζίστορ και άλλα ηλεκτρονικά με ημιαγωγούς είναι φοβερά. Θα πρέπει να σημειώσετε, ωστόσο, ότι δεν είναι χωρίς τα προβλήματά τους. Λόγω των ιδιοτήτων των ημιαγώγιμων υλικών, η ροή των ηλεκτρονίων περιορίζεται κάπως, γεγονός που μπορεί να παρεμποδίσει τις συσκευές να λειτουργούν ιδανικά όπως θα θέλαμε.
Υπόσχεση νέων τεχνολογιών
Σε μια πιθανή απάντηση στο θέμα αυτό, μια ερευνητική ομάδα μηχανικών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας Σαν Ντιέγκο (UCSD) έχουν πρόσφατα δημιουργήσει συσκευές μικρής κλίμακας παρόμοιες με τις κάποτε δημοφιλείς σωλήνες / βαλβίδες.
Σημείωση: Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε όλα τα είδη συναρπαστικής τεχνολογίας όπως τα καλύτερα ηλιακά κύτταρα και θα μπορούσαν ακόμη και να χρησιμοποιηθούν εκτός της βιομηχανίας ηλεκτρονικών σε τομείς όπως η φωτοχημεία και η φωτοκατάλυση ίσως να είναι χρήσιμες ακόμα και σε διάφορες περιβαλλοντικές εφαρμογές.Σε αυτές τις συσκευές τα ηλεκτρόνια απελευθερώνονται σε ελεύθερο χώρο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει υλικό εκεί για να περιορίσουν τη ροή τους. Αυτό είναι μεγάλο, αλλά για να απελευθερώσετε αυτά τα ηλεκτρόνια, χρειάζεται συνήθως πολλή ενέργεια όπως συμβαίνει με τους σωλήνες / βαλβίδες που κυκλοφορούν σήμερα στην αγορά.
Υψηλές θερμοκρασίες / υψηλή τάση απαιτούνται συνήθως για να απελευθερωθούν τα ηλεκτρόνια. Αυτό προφανώς δεν είναι απαραίτητο με συσκευές ημιαγωγών και αυτοί οι τύποι συνθηκών δεν είναι κατάλληλοι για συσκευές που βασίζονται στη μικροηλεκτρονική. Αυτό είναι ένα από τα πολλά πράγματα που θα βοηθούσαν στην άνοδο της τεχνολογίας των ημιαγωγών.
Η ομάδα του UCSD, ωστόσο, υιοθέτησε μια νέα προσέγγιση για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος. Οι συσκευές τους κατασκευάζονται με αυτό που ονομάζεται μεταλλοπέτασμα από χρυσό, τοποθετημένο σε δίσκο πυριτίου με ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου που είναι τοποθετημένο μεταξύ τους.
Για να απελευθερώσει ηλεκτρόνια, η ομάδα χρησιμοποιεί μια διπλή προσέγγιση. μια χαμηλή τάση κατά μήκος και ένα χαμηλής ισχύος υπέρυθρο λέιζερ εφαρμόζονται στις συσκευές. Αυτό οδηγεί στην απελευθέρωση ηλεκτρονίων τα οποία είναι ουσιαστικά σχισμένα από το μέταλλο λόγω της δημιουργίας ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου μετά την ενεργοποίηση με το λέιζερ και την τάση.
Απόδοση και Outlook
Σε δοκιμές, μετά την ενεργοποίηση, οι συσκευές παρουσίασαν αύξηση κατά 1000% στην αγωγιμότητα. Οι συσκευές αυτές δεν είναι ακόμη τέλειες, αλλά προορίζονταν μόνο ως απόδειξη της ιδέας.
Ο επικεφαλής της ομάδας, καθηγητής Dan Sievenpiper δηλώνει ότι αυτός ο τύπος συσκευής δεν είναι σε θέση να αντικαταστήσει ολόκληρο το φάσμα των συσκευών ημιαγωγών, αλλά πιστεύει ότι θα έχουν ξεχωριστές περιοχές όπως σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλές συχνότητες ή υψηλή ισχύ.
Η ομάδα διερευνά μεθόδους βελτίωσης των συσκευών τους καθώς και καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας τους και διερεύνησης όλων των πιθανών εφαρμογών.