Làm thế nào để một con chip máy tính làm việc mà không có chất bán dẫn?

Ngày nay, chúng tôi tự động liên kết máy tính và các thiết bị di động khác nhau với chip được làm từ bóng bán dẫn. Thật vậy, trong nhiều năm, bóng bán dẫn đã là một thành phần điện tử phổ biến.

Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng đúng. Trước đây, các thiết bị được gọi là ống chân không hoặc van được sử dụng trong các thiết bị điện tử.

Bóng bán dẫn so với ống / van chân không

Transitor là một thiết bị nhị phân hoạt động như một công tắc, hoặc ngăn chặn hoặc cho phép dòng điện chạy qua. Các bóng bán dẫn cũng có thể được sử dụng để khuếch đại tín hiệu. Chúng được làm từ vật liệu bán dẫn.

Một ống chân không cũng có khả năng kiểm soát dòng điện nhưng đạt được điều này bằng cách sử dụng một cơ chế khác với bóng bán dẫn. Chúng cũng lớn hơn nhiều so với bóng bán dẫn.

Về cơ bản, sau khi giới thiệu bóng bán dẫn, ngành công nghiệp điện tử đã cất cánh với tốc độ chóng mặt. Điều này đã có thể do sự thu hẹp liên tục của họ nhờ vào những tiến bộ về thiết kế và công nghệ.

Để nhấn mạnh điều này, các thiết bị điện tử hiện đại chứa hàng tỷ bóng bán dẫn, và chúng phù hợp với các gói tương đối nhỏ.

Vì số lượng bóng bán dẫn trong các thiết bị đã tăng lên trong những năm qua, nên khả năng xử lý và khả năng của các thiết bị này cũng tăng theo.

Nói tóm lại, bóng bán dẫn và các thiết bị điện tử dựa trên chất bán dẫn khác là tuyệt vời. Tuy nhiên, bạn cần lưu ý rằng họ không phải không có vấn đề. Do các tính chất của vật liệu bán dẫn, dòng điện tử bị hạn chế phần nào, điều này có thể cản trở các thiết bị hoạt động lý tưởng như người ta muốn.

Công nghệ mới đầy hứa hẹn

Để trả lời cho vấn đề này, một nhóm nghiên cứu kỹ thuật tại Đại học California San Diego (UCSD) gần đây đã tạo ra các thiết bị vi mô tương tự như các ống / van phổ biến trước đây.

Lưu ý: Những thiết bị này có thể dẫn đến tất cả các loại công nghệ thú vị như pin mặt trời tốt hơn và thậm chí có thể được sử dụng bên ngoài ngành công nghiệp điện tử trong các lĩnh vực như quang hóa và quang xúc tác có thể hữu ích ngay cả trong các ứng dụng môi trường khác nhau.

Trong các thiết bị này, các electron được giải phóng vào không gian trống, có nghĩa là không có vật liệu nào ở đó để hạn chế dòng chảy của chúng. Điều này thật tuyệt vời nhưng để giải phóng các điện tử này, rất nhiều năng lượng thường là cần thiết như trường hợp với các ống / van hiện có trên thị trường hiện nay.

Nhiệt độ cao / điện áp cao thường được yêu cầu để giải phóng các electron. Điều này rõ ràng là không cần thiết với các thiết bị bán dẫn và các loại điều kiện này không phù hợp với các thiết bị dựa trên vi điện tử. Đây là một trong nhiều điều có thể hỗ trợ cho sự phát triển của công nghệ bán dẫn.

Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại UCSD đã thực hiện một cách tiếp cận mới lạ để khắc phục vấn đề này. Các thiết bị của họ được chế tạo với cái được gọi là metasurface làm bằng vàng, gắn trên một tấm wafer silicon với một lớp silicon dioxide được kẹp ở giữa.

Để giải phóng electron, nhóm sử dụng phương pháp hai lần; một điện áp thấp cùng với laser hồng ngoại công suất thấp được áp dụng cho các thiết bị. Điều này dẫn đến việc giải phóng các electron về cơ bản bị tách ra khỏi kim loại do tạo ra một điện trường mạnh sau khi kích hoạt bằng laser và điện áp.

Hiệu suất và Outlook

Trong các thử nghiệm, sau khi kích hoạt, các thiết bị hiển thị độ dẫn tăng một nghìn phần trăm. Những thiết bị này được thừa nhận là chưa hoàn hảo, nhưng chúng chỉ được dự định là một bằng chứng về khái niệm ở nơi đầu tiên.

Giáo sư Dan Sievenpiper dẫn đầu nhóm, nói rằng loại thiết bị này không có khả năng thay thế toàn bộ phạm vi của các thiết bị bán dẫn, nhưng ông tin rằng chúng sẽ có những khu vực nổi bật như trong các ứng dụng đòi hỏi tần số cao hoặc công suất cao.

Nhóm đang khám phá các phương pháp cải tiến thiết bị của họ cũng như hiểu rõ hơn về cách họ làm việc và khám phá tất cả các ứng dụng có thể.