Bir bilgisayar çipi yarı iletkenler olmadan nasıl çalışır?

Bu günlerde bilgisayarları ve çeşitli mobil aygıtları yarı iletken transistörlerden oluşan çiplerle otomatik olarak ilişkilendiriyoruz. Nitekim, uzun yıllar boyunca transistör her yerde bulunan elektronik bir bileşen olmuştur.

Ancak, bu her zaman böyle değildi. Geçmişte, elektronik cihazlarda vakum tüpleri adı verilen cihazlar ya da valfler kullanılmıştır.

Transistörler vs. vakum tüpleri / valfleri

Bir transistör, bir akımın akmasını önleyen veya sağlayan bir anahtar olarak çalışan ikili bir cihazdır. Transistörler, sinyalleri yükseltmek için de kullanılabilir. Yarı iletken malzemeden yapılmıştır.

Bir vakum tüpü ayrıca akım akışını kontrol edebilir, ancak bunu transistöre farklı bir mekanizma kullanarak başarır. Ayrıca transistörlerden çok daha büyüktür.

Temel olarak, transistörlerin tanıtılmasından sonra, elektronik endüstrisi olağanüstü bir hızla başladı. Bu, tasarım ve teknolojik gelişmeler sayesinde sürekli küçülmeleri nedeniyle mümkün olmuştur.

Bunu vurgulamak için, modern elektronik cihazlar kelimenin tam anlamıyla milyarlarca transistör içerir ve nispeten küçük paketlere uygundurlar.

Cihazlardaki transistörlerin sayısı yıllar içinde arttıkça, bu cihazların işlem gücü ve yetenekleri de artmaktadır.

Kısacası, transistörler ve diğer yarı iletken tabanlı elektronikler harika. Bununla birlikte, onların sorunları olmadan olmadıklarını not etmelisiniz. Yarı iletken malzemelerin özelliklerinden ötürü, elektronların akışı bir şekilde sınırlandırılmıştır, bu da cihazların istediği kadar ideal bir şekilde performans göstermelerini engelleyebilir.

Gelecek vaat eden yeni teknoloji

Bu sorunun olası bir cevabında, California San Diego Üniversitesi'ndeki (UCSD) bir mühendislik araştırma ekibi kısa zaman önce popüler tüplere / vanalara benzeyen mikro ölçekli cihazlar yarattı.

Not: Bu cihazlar daha iyi güneş pilleri gibi her türlü heyecan verici teknolojiye yol açabilir ve hatta fotokimya ve fotokataliz gibi alanlarda bile çeşitli çevresel uygulamalarda yararlı olabilecek elektronik endüstrisi dışında da kullanılabilir.

Bu cihazlarda elektronlar boş alana serbest bırakılır, yani akışlarını sınırlayacak malzeme yoktur. Bu harika, ancak bu elektronları serbest bırakmak için, bugün piyasada bulunan tüpler / valflerde olduğu gibi genellikle çok fazla enerji gerekir.

Elektronları serbest bırakmak için genellikle yüksek sıcaklıklar / yüksek voltajlar gerekir. Bu açıkça yarı iletken cihazlarda gerekli değildir ve bu tür koşullar mikroelektronik kullanan cihazlar için uygun değildir. Bu, yarı iletken teknolojisinin yükselişinde yardımcı olacak birçok şeyden biri.

Ancak, UCSD'deki ekip bu sorunu çözmede yeni bir yaklaşım benimsemiştir. Aletleri, aralarında zımparalanmış bir silikon dioksit tabakasıyla bir silikon gofret üzerine monte edilmiş, altından yapılmış bir metas yüzey denilen ile yapılır.

Elektronları serbest bırakmak için takım iki katlı bir yaklaşım kullanır; cihazlara düşük voltaj ve düşük güçlü kızılötesi lazer uygulanır. Bu, lazer ve voltajla aktivasyondan sonra kuvvetli bir elektrik alanın yaratılması nedeniyle esasen metalden yırtılan elektronların salınımına yol açar.

Performans ve Görünüm

Testlerde, aktivasyon sonrası, cihazlar iletkenlikte yüzde bin artış gösterdi. Bu cihazlar kuşkusuz henüz mükemmel değiller, ancak yalnızca ilk önce bir kavram kanıtı olarak tasarlandılar.

Takımın lideri Profesör Dan Sievenpiper, bu tür bir cihazın tüm yarı iletken cihazların yerini alamadığını, ancak yüksek frekans veya yüksek güç gerektiren uygulamalar gibi öne çıkan alanlarına sahip olacaklarına inandığını belirtti.

Ekip, cihazlarını iyileştirme yöntemlerini araştırmanın yanı sıra nasıl çalıştıklarını ve olası tüm uygulamaları keşfetme yollarını daha iyi anlayabilmeyi araştırıyor.