Kun je met een combinatie van alleen 1 geleider en 1 niet geleider hedendaagse elektronica maken,zonder gebruik te maken van halfgeleiders?

Antwoord

Beste Jan,

Ik vrees dat het antwoord op deze vraag genuanceerd moet worden, maar toch veeleer negatief is. Zoals je zelf zegt, het materiaal speelt zelfs een grote rol!
De essentie van het verhaal is dat je althans voor het logisch gedeelte van een circuit nu eenmaal schakelaars en logische poorten nodig hebt. Misschien is het handig een en ander toe te lichten m.b.v. een historisch overzicht.

Voor de komst van de vacuumbuizen, en later de halfgeleiders moest deze functionaliteit bewerkstelligd worden m.b.v. relais. De controle van dergelijke schakelaars gebeurt elektromagnetisch, en vergt naar verhouding veel energie. In principe kun je hiermee het equivalent van een elektronische schakeling maken, maar die zou dan wel vreselijk veel plaats innemen en navenant energieverslindend zijn ...  Dit is alvast de reden waarom ik je vraag NIET met een volmondig nee kan beantwoorden, want een relais bestaat inderdaad enkel uit een specifiek daartoe ontworpen combinatie van geleiders en isolatoren ...  

De allereerste logische schakelingen zijn trouwens ook met deze technologie ontworpen. Het grote probeem ermee is dat ze naar verhouding veel meer energie verbruiken dan hun elektronische equivalent(en).

In andere circuits heb je doorgaans ook iets nodig dat een zwak signaal kan versterken (zoals bvb. in een audio-installatie). Een eerste verbetering werd gerealiseerd m.b.v. vacuumbuizen. Bepaalde types kunnen ook als schakelaar gebruikt worden. Het verbruik van dergelijke schakelingen blijft echter relatief hoog, bovendien is de betrouwbaarheid onaanvaardbaar laag om er bruikbare echt grote schakelingen mee te vervaardigen (zoals je die tegenwoordig in chipvorm kunt kopen). Een van de eerste computers werkte op vacuumbuizen, en die was veel down omdat voortdurend wel ergens een vacuumbuis aan vervanging toe was wegens de snelle slijtage (vooral van de elektroden) ...  

Een eerste grote doorbraak vormde de bipolaire transistor. Hiermee konden veel efficiënter signaalversterkers vervaardigd worden. Dit soort transistor kan ook gebruikt worden voor logische schakelingen. Dit is ook gebeurd, o.m. in de vorm van de zogenaamde TTL technologie, maar het verbruik per omschakeling was naar verhouding nog steeds groot.

Weer later was de grote sterkte bij de realisatie van de MOSFET net het feit dat je het halfgeleidend gebiedje onder de poort onder controle van een spanning kunt geleidend of niet-geleidend maken, dit met een minimum aan energie.

De volgende grote doorbraak kwam vervolgens met de ontwikkeling van de geïntegreerde schakelingen, waarbij een complete logische schakeling bestaande uit meerdere schakelaars en logische poorten en hun onderlinge verbinding op een enkele chip samen op goedkope wijze konden geproduceerd worden.  

Het is juist wegens de bijzondere eigenschappen van halfgeleiders dat dit alles mogelijk is geworden.
Niets van wat ik op dit moment uitvoer - het antwoord op jouw vraag eerst op een laptop intoetsen, via een draadloze verbinding binnenshuis en vervolgens via een modem het internet opsturen, waardoor het op de vraagbaak website ook alweer aangestuurd door een computer kan opgeslagen worden, waarna jij via e-mail verwittigd wordt dat het antwoord beschikbaar is en het kunt lezen op alweer een ander apparaat (bvb.een tablet computer) - zou ook maar mogelijk geweest zijn zonder het wereldwijd goedkoop en beschikbaar worden van deze betrouwbare chiptechnologie, met de eraan gerelateerde ontwikkelingen in de informatica!

Ondertussen is de volgende (r)evolutie zich al volop aan het voltrekken: schakelingen op basis van organische halfgeleiders zijn weliswaar nog lang niet op het punt dat ze kunnen concurreren met de Si en gelijkaardige halfgeleiderexamplaren wat betreft hun kwaliteitsspecificaties, maar de technologie biedt voldoende andere troeven om een plaats op de markt te veroveren in specifieke marktniches (ik denk bvb. aan OLED schermen en aan in kleding verwerkbare electronica, wearable electronics).

Philippe J. Roussel
Reliability Research Engineer
imec