锗的特殊性质和专用编程栅电极的使用 , 使人们有可能为一种开创芯片技术新纪元的新元件制造出原型 。 据近日发表在美国化学学会《纳米杂志》上的研究 , 奥地利维也纳工业大学没有依靠硅基晶体管技术 , 而是利用锗生产出世界上最灵活的晶体管 。 这种新型自适应晶体管可以在运行时动态切换 , 能执行不同的逻辑任务 。 这从根本上改变了芯片设计的可能性 , 并在人工智能、神经网络甚至逻辑领域开辟了全新机会 。
电荷在晶体管中的传输方式取决于使用的材料:要么是带有负电荷的自由移动电子 , 要么是单个原子中可能缺少电子 , 所以该点是带正电荷的 。 这就是所谓的“空穴” 。
在新型晶体管中 , 电子和空穴以一种非常特殊的方式同时操作 。 维也纳工业大学固态电子研究所博士后研究员马西亚尔·西斯塔尼解释道:“通过极其干净的高质量接口 , 我们用一根由锗制成的极细的导线连接两个电极 。 在锗的上方 , 我们放置了一个栅电极 。 具有决定性的一步是 , 我们的晶体管具有另一个控制电极 , 该电极放置在锗和金属之间的界面上 。 它可以对晶体管的功能进行动态编程 。 ”
这种器件结构使得分别控制电子和空穴成为可能 。 西斯塔尼补充道 , “使用锗是因为锗有一种非常特殊的电子结构:当施加电压时 , 电流刚开始会增加 , 然而 , 在某一阈值之后 , 电流再次下降 , 这被称为负差分电阻 。 在控制电极的帮助下 , 我们可以调节这个阈值所在的电压 。 这提供了新的自由度 , 我们可以利用这一自由度让晶体管实现所需特性 。 例如 , 可以将逻辑电路中的与非门切换到或非门 。 ”
到目前为止 , 电子设备的智能只是由几个晶体管的互连实现 , 而每个晶体管都只有相当原始的功能 。 在未来 , 这种智能可以让新晶体管本身的适应性来实现 。 由于适应性的提高 , 以前需要160个晶体管的算术运算现在可以用24个晶体管完成 。 这样一来 , 电路的速度和能效也可以显著提高 。
【电极|科学家用锗生产最灵活自适应晶体管】总编辑圈点
晶体管是一种可变电流开关 , 基于输入电压控制输出电流 。 与机械开关不同的是 , 它利用电信号来控制自身的开合 。 一直以来 , 硅都是制作晶体管的绝对主力 , 近年来 , 砷化镓、氮化镓、石墨烯……人类寻找新材料的努力也在持续 。 本文所提到的研究并非要寻找一种晶体管新材料 , 而是引入锗这种具有特殊电子结构的元素 , 让晶体管更为灵活智能 , 提高晶体管的适应性 。 研究人员希望 , 新晶体管能成为传统晶体管的得力“助攻” , 在节能和提高算力上发挥作用 。 实习采访人员张佳欣
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