Wie funktioniert ein Computerchip ohne Halbleiter?

Heutzutage verbinden wir Computer und verschiedene mobile Geräte automatisch mit Chips aus Halbleitertransistoren. In der Tat ist der Transistor seit vielen Jahren eine allgegenwärtige elektronische Komponente.

Dies war jedoch nicht immer der Fall. In der Vergangenheit wurden in elektronischen Geräten Geräte verwendet, die Vakuumröhren oder Ventile genannt wurden.

Transistoren vs. Vakuumröhren / Ventile

Ein Transistor ist ein binäres Gerät, das als Schalter fungiert und den Stromfluss verhindert oder zulässt. Transistoren können auch zur Verstärkung von Signalen verwendet werden. Sie bestehen aus Halbleitermaterial.

Eine Vakuumröhre kann auch den Stromfluss steuern, dies wird jedoch durch einen anderen Mechanismus als der Transistor erreicht. Sie sind auch viel größer als Transistoren.

Grundsätzlich hat die Elektronikindustrie nach der Einführung der Transistoren einen phänomenalen Aufschwung genommen. Dies war möglich, weil sie dank des Designs und des technologischen Fortschritts ständig schrumpften.

Um dies zu betonen, enthalten moderne elektronische Geräte buchstäblich Milliarden von Transistoren und sie sind in relativ kleinen Gehäusen untergebracht.

Da die Anzahl der Transistoren in Geräten im Laufe der Jahre zugenommen hat, hat sich auch die Rechenleistung und Leistungsfähigkeit dieser Geräte erhöht.

Kurz gesagt, Transistoren und andere Elektronik auf Halbleiterbasis sind fantastisch. Sie sollten jedoch beachten, dass sie nicht ohne Probleme sind. Aufgrund der Eigenschaften von Halbleitermaterialien ist der Elektronenfluss etwas eingeschränkt, was die Leistung von Bauelementen beeinträchtigen kann.

Vielversprechende neue Technologie

Als mögliche Antwort auf dieses Problem hat ein Forscherteam der Universität von Kalifornien, San Diego (UCSD), kürzlich Geräte im Mikromaßstab entwickelt, die den einst beliebten Röhren / Ventilen ähneln.

Hinweis: Diese Geräte könnten zu aufregenden Technologien wie besseren Solarzellen führen und sogar außerhalb der Elektronikindustrie in Bereichen wie Photochemie und Photokatalyse eingesetzt werden, die möglicherweise sogar in verschiedenen Umgebungsanwendungen nützlich sind.

In diesen Vorrichtungen werden Elektronen in den freien Raum freigesetzt, was bedeutet, dass dort kein Material vorhanden ist, das ihren Fluss einschränkt. Das ist großartig, aber um diese Elektronen freizusetzen, wird normalerweise viel Energie benötigt, wie dies bei Röhren / Ventilen der Fall ist, die derzeit auf dem Markt sind.

Üblicherweise sind hohe Temperaturen / hohe Spannungen erforderlich, um die Elektronen freizusetzen. Dies ist bei Halbleiterbauelementen offensichtlich nicht erforderlich, und diese Bedingungen sind für Bauelemente, die auf Mikroelektronik beruhen, nicht geeignet. Dies ist eines der vielen Dinge, die zum Aufstieg der Halbleitertechnologie beigetragen hätten.

Das Team von UCSD verfolgte jedoch einen neuartigen Ansatz, um dieses Problem zu umgehen. Ihre Bauelemente bestehen aus einer sogenannten Metaoberfläche aus Gold, die auf einem Siliziumwafer mit einer dazwischen liegenden Schicht aus Siliziumdioxid montiert ist.

Um Elektronen freizusetzen, verfolgt das Team einen zweifachen Ansatz. An die Geräte werden eine Niederspannung und ein Infrarotlaser mit geringer Leistung angelegt. Dies führt zur Freisetzung von Elektronen, die aufgrund der Erzeugung eines starken elektrischen Feldes nach der Aktivierung mit dem Laser und der Spannung im wesentlichen aus dem Metall herausgerissen werden.

Performance und Ausblick

In Tests zeigten die Geräte nach der Aktivierung eine tausendprozentige Erhöhung der Leitfähigkeit. Diese Geräte sind zwar noch nicht perfekt, aber ursprünglich nur als Proof-of-Concept gedacht.

Professor Dan Sievenpiper, der Leiter des Teams, erklärt, dass dieser Gerätetyp nicht in der Lage ist, die gesamte Palette der Halbleiterbauelemente zu ersetzen, glaubt jedoch, dass sie herausragende Eigenschaften haben werden, beispielsweise in Anwendungen, die hohe Frequenzen oder hohe Leistung erfordern.

Das Team untersucht Methoden zur Verbesserung der Geräte sowie deren Funktionsweise und untersucht alle möglichen Anwendungen.