Jauns nanoskarnes metamateriāls varētu veikt labāk nekā pusvadītāji

GACHO - Mūžam Jauns (Oficiālais Video) (Jūlijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Jauns nanoskarnes metamateriāls varētu veikt labāk nekā pusvadītāji


Neskatoties uz to, ka vairāku gadu laikā vārsti ir ļoti nomainīti ar pusvadītājiem, UC San Diego pētnieku komanda ir izstrādājusi nanoskaļruņu ierīci, kas darbojas līdzīgi vārstiem.

Atgriezt vārstu!

Vārsti bija lieliski, vai tie nebija "/ / en.wikipedia.org/wiki/Valve_amplifier" target = "_ blank"> labāk nekā tranzistori noteiktos lietojumos. Piemēram, vārsti var darboties ar gigantru frekvenci, vienlaikus pastiprinot simtus vatus no jaudas, bet pusvadītāju ierīces (kas var darboties arī ar lielām frekvencēm) nevar veikt tik daudz.

Arī audiophiles uzskata vārstus labāku skaņas signālu nodrošināšanai, tostarp ģitāras pedāļiem un audio pastiprinātājiem. Vārstiem ir arī citas priekšrocības, kas padara tās ideālas (it īpaši analogās shēmās), to skaitā to lineāritāti, augsta sprieguma toleranci, lielas siltuma izkliedes spējas, tolerances pret pārslodzes gadījumiem un parasti var darboties krietni zem vārsta maksimālajām iespējām.

Vārsti visās viņu godībā! Image pieklājīgi no Stefan Riepl (CC BY-SA 2.0)

Tomēr vārstiem ir daži lieli trūkumi, tādēļ tos galvenokārt aizstāj cietvielas ierīces. Daudzi iemesli, piemēram, katoda saindēšanās, siltuma bojājumi, sabojāšanās un iekšējās īssavienojumi, bieži tiek izlauzti. Vārstiem ir arī problēmas ar braukšanas spējām, prasa izmantot sildītājus, tiem ir liels spriegums un tie ir neticami lieli.

Iedomājieties, vai varētu izgudrot ierīci, kas labi gūtu gan no vakuumlampām, gan pusvadītājiem. Jums būtu ierīce, kas varētu būt neticami lineāra, tai ir labas pārslodzes pielaides, lai gan tās ir ļoti mazas un tām ir nepieciešams mazs jaudas daudzums. Tas ir tieši tas, ko pētnieki UC San Diego ir izdarījuši.

Teeny Tiny bezmaksas elektronu sēnes

Pētnieki UC San Diego ir izveidojuši elektrisko ierīci, kas nebalstās uz pusvadītāja vadīšanu strāvas plūsmas kontrolei. Ierīci kontrolē tikai ar zemu spriegumu un mazjaudas infrasarkano staru lāzeru. Bet tas, kas padara ierīci vēl iespaidīgāku, ir 1000% vadītspējas maiņa, kad tā tiek aktivizēta, kas dod iespēju iegūt augstas jaudas pastiprinātājus.

Ierīces ideja ir diezgan vienkārša: brīviem elektroniem ir vieta, kur elektronu koncentrāciju var kontrolēt ārēji (līdzīgi kā vakuuma caurulei). Vienīgā problēma ir tā, ka elektronu ievietošana brīvajā telpā ir prasība par augstu temperatūru un augstu spriegumu, kas varētu iznīcināt jebkuru mikroelektronisko ierīci.

Tomēr komanda (kuru vadīja profesors Dan Sievenpiper) nāca klajā ar risinājumu, kas var atbrīvot elektronus no virsmas, neradot augstu temperatūru vai lielu spriegumu. Risinājums sākas ar "metamateriālu", kas sastāv no daudziem paralēlajiem zelta vadītājiem ar sēņu formas zelta nanostruktūrām lielā masīvā. Šī struktūra atrodas virs silīcija dioksīda slāņa, ko audzē uz silīcija slāņa virsmas.

Zelta sēņu masīvs. Image pieklājīgi no UC San Diego Applied Electromagnetics Group

Ja masīvs tiek pakļauts mazjaudas infrasarkano staru lāzers un tiek izmantots zemspriegums (mazāks par 10 VDC), tā sauktās "karstajās vietās" veidojas mazi, bet intensīvi elektriskie lauki. Šīm karstās vietās ir pietiekami daudz enerģijas, lai elektronus izvilktu no metāla un nonāktu kosmosā, nodrošinot vadītspējas pieaugumu līdz 1000%.

Lai gan šis dizains ir tikai konceptuāls pierādījums, rezultāti liecina, ka šīs mazās ierīces ļoti labi varētu kļūt par lieljaudas, augstas frekvences pārslēgšanas nākotni. Komandas vadītājs profesors Dan Sievenpiper teica:

" Tas, protams, neaizstāj visas pusvadītāju ierīces, taču tas var būt labākais risinājums dažiem īpašiem lietojumiem, piemēram, ļoti augstas frekvences vai lieljaudas ierīces."

New Nanoscale Tech nepieciešamība

Ar Moore likumu, šķiet, vienmēr ir izkliedējuši pēdējo dienu malā, tas nenozīmē, ka silīcija aizstāšanai būs nepieciešamas jaunas tehnoloģijas. Pusvadītāju tehnoloģija, kas šobrīd atrodas, var to izdarīt tikai tik daudz, tādēļ ir ļoti svarīgi, lai tik maza vakuuma caurule kā ierīces būtu obligāta.

Šīs ierīces, iespējams, darbojas ātrāk (it īpaši, ja to kontrolē mazjaudas infrasarkanie lāzeri), vienlaikus spējot veikt lielāku jaudu. Tas dod viņiem reālu potenciālu lietojumos, kas ietver radiovadīšanu, lieljaudas pārslēgšanu un varbūt pat optisko bāzes skaitļošanu (kas varētu izmantot šīs ierīces, lai pārvērstu apstrādāto gaismu izejas elektriskajos signālos, kas neprasa lielu vadības spriegumu vai patērē lielu daudzumu jauda).

Kopsavilkums

Ventilatori bija lieliski viņu dienā, un viņiem joprojām ir reāls potenciāls. Kaut arī šīs ierīces nav vienādas ar vārstiem (bet darbojas ar līdzīgu principu), nav šaubu, ka šīs mazās zelta sēnes var informēt elektronikas industriju par jauna veida jaudas un frekvences kontroli. Ideja par ierīci, kurai ir vārstu priekšrocības bez to atšķirīgajiem trūkumiem, ir tāda, kas patiešām var nomainīt rūpniecību uz visiem laikiem.