ชิปคอมพิวเตอร์ทำงานอย่างไรโดยไม่มีสารกึ่งตัวนำ

วันนี้เราเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์มือถือต่าง ๆ กับชิปที่ทำจากทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์โดยอัตโนมัติ อันที่จริงทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แพร่หลาย

อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่กรณีเสมอไป ในอดีตอุปกรณ์ที่เรียกว่าหลอดสุญญากาศหรือวาล์วถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ทรานซิสเตอร์กับหลอดสุญญากาศ / วาล์ว

ทรานซิสเตอร์ เป็นอุปกรณ์ไบนารีที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ป้องกันหรือยอมให้กระแสไหล ทรานซิสเตอร์ยังสามารถใช้เพื่อขยายสัญญาณ พวกเขาทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

หลอดสุญญากาศ สามารถควบคุมการไหลของกระแสได้ แต่ทำได้โดยใช้กลไกที่แตกต่างกับทรานซิสเตอร์ พวกมันยังใหญ่กว่าทรานซิสเตอร์อีกมาก

โดยทั่วไปหลังจากการเปิดตัวทรานซิสเตอร์อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เริ่มก้าวไปอย่างน่าอัศจรรย์ สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากการหดตัวอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการออกแบบและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

เพื่อเน้นย้ำเรื่องนี้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยประกอบด้วยทรานซิสเตอร์นับพันล้านตัวและเหมาะสำหรับบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก

เมื่อจำนวนทรานซิสเตอร์ในอุปกรณ์เพิ่มขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมาดังนั้นจึงมีกำลังการผลิตและความสามารถของอุปกรณ์เหล่านี้

ในระยะสั้นทรานซิสเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์นั้นยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตามคุณควรทราบว่าพวกเขาไม่ได้ไม่มีปัญหา เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทำให้การไหลของอิเล็กตรอนค่อนข้าง จำกัด ซึ่งทำให้อุปกรณ์ขัดขวางการทำงานได้อย่างที่ต้องการ

เทคโนโลยีใหม่ที่สดใส

ในคำตอบที่เป็นไปได้สำหรับปัญหานี้ทีมวิจัยด้านวิศวกรรมที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโก (UCSD) ได้สร้างอุปกรณ์ขนาดจิ๋วที่คล้ายกับหลอด / วาล์วที่เคยได้รับความนิยม

หมายเหตุ: อุปกรณ์เหล่านี้สามารถนำไปสู่เทคโนโลยีที่น่าตื่นเต้นทุกประเภทเช่นเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีขึ้นและสามารถนำไปใช้นอกอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในด้านต่าง ๆ เช่น photochemistry และ photocatalysis

ในอุปกรณ์เหล่านี้อิเล็กตรอนจะถูกปลดปล่อยสู่อวกาศซึ่งหมายความว่าไม่มีวัตถุใดที่จะ จำกัด การไหลของมัน นี่เป็นเรื่องที่ยอดเยี่ยม แต่การปล่อยอิเล็กตรอนเหล่านี้จำเป็นต้องใช้พลังงานจำนวนมากอย่างเช่นในปัจจุบันด้วยหลอด / วาล์วในตลาดปัจจุบัน

อุณหภูมิสูง / แรงดันสูงมักจะต้องอิเล็กตรอนอิสระ เห็นได้ชัดว่าไม่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำและเงื่อนไขประเภทนี้ไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ นี่คือหนึ่งในหลาย ๆ สิ่งที่จะช่วยในการเพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์

อย่างไรก็ตามทีมที่ UCSD ใช้วิธีการใหม่ในการแก้ไขปัญหานี้ อุปกรณ์ของพวกเขาทำด้วยสิ่งที่เรียกว่า metasurface ที่ทำจากทองคำติดตั้งบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่มีชั้นของซิลิคอนไดออกไซด์ประกบอยู่ระหว่างกลาง

ในการปลดปล่อยอิเล็คตรอนทีมใช้วิธีสองเท่า แรงดันไฟฟ้าต่ำพร้อมและเลเซอร์อินฟราเรดพลังงานต่ำถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์ สิ่งนี้นำไปสู่การปล่อยอิเล็กตรอนที่ถูกริพออกจากโลหะเป็นหลักเนื่องจากการสร้างสนามไฟฟ้าแรงหลังจากเปิดใช้งานด้วยเลเซอร์และแรงดันไฟฟ้า

ประสิทธิภาพและ Outlook

ในการทดสอบหลังจากเปิดใช้งานอุปกรณ์จะแสดงค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นหนึ่งพันเปอร์เซ็นต์ อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการยอมรับว่ายังไม่สมบูรณ์แบบ แต่อุปกรณ์เหล่านี้มีจุดประสงค์เพื่อเป็นหลักฐานพิสูจน์แนวคิดตั้งแต่แรก

ศาสตราจารย์แดนเซอร์วีนไพเพอร์หัวหน้าทีมกล่าวว่าอุปกรณ์ประเภทนี้ไม่สามารถเปลี่ยนอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ได้ทั้งหมด แต่เขาเชื่อว่าพวกเขาจะมีพื้นที่โดดเด่นเช่นในแอปพลิเคชันที่ต้องใช้ความถี่สูงหรือพลังงานสูง

ทีมกำลังสำรวจวิธีการปรับปรุงอุปกรณ์ของพวกเขารวมทั้งทำความเข้าใจกับวิธีการทำงานและสำรวจแอพพลิเคชั่นที่เป็นไปได้ทั้งหมด