كيف تعمل شريحة الكمبيوتر بدون أشباه الموصلات؟

في هذه الأيام ، نقوم تلقائيًا بربط أجهزة الكمبيوتر والأجهزة المحمولة المختلفة بشرائح مصنوعة من الترانزستورات شبه الموصلة. في الواقع لسنوات عديدة ، كان الترانزستور مكونًا إلكترونيًا في كل مكان.

ومع ذلك ، لم يكن هذا هو الحال دائما. في الماضي ، كانت الأجهزة تسمى الأنابيب المفرغة أو الصمامات تستخدم في الأجهزة الإلكترونية.

الترانزستورات مقابل أنابيب فراغ / الصمامات

الترانزستور هو جهاز ثنائي يعمل كمحول ، إما يمنع أو يسمح بتدفق التيار. يمكن أيضًا استخدام الترانزستورات لتضخيم الإشارات. أنها مصنوعة من مواد أشباه الموصلات.

أنبوب الفراغ قادر أيضًا على التحكم في تدفق التيار ولكنه يحقق ذلك باستخدام آلية مختلفة للترانزستور. كما أنها أكبر بكثير من الترانزستورات.

في الأساس ، بعد إدخال الترانزستورات ، بدأت صناعة الإلكترونيات بوتيرة هائلة. لقد كان هذا ممكنًا بسبب تقلصها المستمر بفضل التصميم والتقدم التكنولوجي.

للتأكيد على ذلك ، تحتوي الأجهزة الإلكترونية الحديثة حرفيًا على مليارات الترانزستورات ، وهي ملائمة لحزم صغيرة نسبيًا.

نظرًا لزيادة عدد الترانزستورات في الأجهزة على مر السنين ، زادت أيضًا قدرة المعالجة وقدرات هذه الأجهزة.

باختصار ، الترانزستورات وغيرها من الالكترونيات القائمة على أشباه الموصلات هي رهيبة. يجب أن تلاحظ ، مع ذلك ، أنها لا تخلو من مشاكلهم. نظرًا لخصائص المواد شبه الموصلة ، يكون تدفق الإلكترونات محدودًا إلى حد ما ، مما قد يعيق أداء الأجهزة بشكل مثالي كما يريد المرء.

تكنولوجيا جديدة واعدة

في إجابة محتملة لهذه المشكلة ، قام فريق بحث هندسي في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو (UCSD) بإنشاء أجهزة صغيرة الحجم مشابهة للأنابيب / الصمامات ذات الشعبية.

ملاحظة: يمكن أن تؤدي هذه الأجهزة إلى جميع أنواع التكنولوجيا المثيرة مثل الخلايا الشمسية الأفضل ويمكن حتى استخدامها خارج صناعة الإلكترونيات في مجالات مثل الكيمياء الضوئية والحفز الضوئي ربما تكون مفيدة حتى في التطبيقات البيئية المختلفة.

يتم تحرير الإلكترونات في هذه الأجهزة في الفضاء الحر ، مما يعني أنه لا توجد مادة لتقييد تدفقها. هذا شيء عظيم ، لكن لإطلاق هذه الإلكترونات ، هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة كما هو الحال مع الأنابيب / الصمامات الموجودة حاليًا في السوق اليوم.

عادة ما تكون درجات الحرارة المرتفعة / الجهد العالي مطلوبة لتحرير الإلكترونات. من الواضح أن هذا ليس ضروريًا مع أجهزة أشباه الموصلات ، وأن هذه الأنواع من الظروف ليست مناسبة للأجهزة التي تعتمد على الإلكترونيات الدقيقة. هذا هو أحد الأشياء العديدة التي ساعدت في ظهور تكنولوجيا أشباه الموصلات.

ومع ذلك ، اتخذ الفريق في UCSD مقاربة جديدة للتغلب على هذه المشكلة. صُنعت أجهزتهم بما يُسمى السطح المصنوع من الذهب ، والمركب على رقاقة سيليكون مع طبقة من ثاني أكسيد السيليكون المحصورة بينهما.

لتحرير الإلكترونات ، يستخدم الفريق مقاربة ذات شقين ؛ يتم تطبيق الجهد المنخفض على طول والليزر الأشعة تحت الحمراء تعمل بالطاقة المنخفضة على الأجهزة. يؤدي ذلك إلى إطلاق الإلكترونات التي يتمزقها المعدن بشكل أساسي بسبب إنشاء مجال كهربائي قوي بعد التنشيط باستخدام الليزر والجهد.

الأداء والتوقعات

في الاختبارات ، وبعد التنشيط ، عرضت الأجهزة زيادة قدرها ألف بالمائة في الموصلية. من المسلم به أن هذه الأجهزة ليست مثالية بعد ، ولكن الغرض منها فقط هو إثبات صحة الفكرة في المقام الأول.

صرح قائد الفريق ، البروفيسور دان سيفنبيبر ، أن هذا النوع من الأجهزة لا يمكنه استبدال المجموعة الكاملة من أجهزة أشباه الموصلات ، لكنه يعتقد أن لديهم مناطق بارزة كما في التطبيقات التي تتطلب ترددات عالية أو طاقة عالية.

يستكشف الفريق طرق تحسين أجهزتهم بالإضافة إلى فهم أفضل لكيفية عملهم واستكشاف جميع التطبيقات الممكنة.