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2021-12-22 17:08:56
芯片或迎革命性突破 新型智能晶體管可執行不同任務
2021-12-22 17:08:56 來源: 財聯社
財聯社（上海，編輯黃君芝）訊，通常，計算機芯片由電子元件組成，一種元器件總是做同樣的事情。然而，在未來，更大的靈活性將成為可能：新型的自適應晶體管可以在運行時進行動態切換，以執行不同的邏輯任務。這從根本上改變了芯片設計的可能性，并給人工智能、神經網絡，甚至可以處理0和1以外更多數值的邏輯領域開辟了全新的機會。
為了實現這一目標，維也納工業大學（TU Wien）的科學家們沒有依靠通常的硅技術，而是依靠鍺。他們成功用鍺制造出了世界上最靈活的晶體管。相關研究成果發表在了科學期刊《ACS納米》雜志上。
研究人員表示，“鍺的特殊性能和專用程序門電極的使用使我們有可能創造出一個新元件的原型，可能會開創芯片技術的新時代。”
晶體管是每一個現代電子設備的基礎：它是一個允許電流流動或阻止電流流動的微小部件，這取決于控制電極上是否施加了電壓。這使得建立簡單的邏輯電路和存儲成為可能。而電荷如何在晶體管中傳輸則取決于所使用的材料。要么有攜帶負電荷的自由移動的電子，要么個別原子中可能缺少一個電子，所以這個地方帶正電。這就被稱為"空穴"，它們也可以在材料中移動。
在維也納大學的新型晶體管中，電子和空穴都以一種非常特殊的方式同時被操縱：“我們用一根極細的鍺線連接兩個電極，通過極其干凈的高質量接口連接兩個電極。在鍺段上方放置了一個像傳統晶體管中的門電極。這種晶體管還有一個控制電極，它被放置在鍺和金屬的界面上。它可以動態地對晶體管的功能進行編程。”
根據研究人員的說法，這種設備結構使其有可能分別控制電子和空穴，這是因為鍺有一個非常特殊的電子結構：當你施加電壓時，電流最初會增加，正如你所期望的那樣。然而，在某個閾值之后，電流再次減少，這被稱為負差分電阻。在控制電極的幫助下，研究人員可以調節這個閾值在哪個電壓上。這導致了新的自由度，可以用它來賦予晶體管目前所需要的特性。
例如，以這種方式，一個與非門可以切換到一個或非門。研究人員說，“到目前為止，電子學的智能只是簡單地來自于幾個晶體管的互連，每個晶體管只有一個相當原始的功能。在未來，這種智能可以轉移到新型晶體管本身的適應性上。”
“以前需要160個晶體管的算術運算，由于適應性的提高，24個晶體管就可以實現。通過這種方式，電路的速度和能量效率也可以顯著提高。”他們補充道。
這些新的可能性對于人工智能領域的應用特別有趣：“我們的人類智能是基于神經細胞之間動態變化的回路。有了新的自適應晶體管，現在可以有針對性地直接改變芯片上的電路。多值邏輯也可以以這種方式實現，即電路不僅工作于0和1，而且工作于更大數量的可能狀態。”
此外，這種新技術的快速工業應用也是現實的：所使用的材料已經在今天的半導體工業中使用，不需要完全新的制造工藝。在某些方面，這項技術甚至會比以前更簡單:今天，半導體材料被摻雜，也就是被單個的外來原子富集。這對于基于鍺的晶體管來說是不必要的，它可以使用純鍺。
研究人員表示，“我們不想用我們的新晶體管完全取代成熟的硅晶體管技術，那將是自以為是的。未來，這項新技術更有可能作為附加組件被整合到計算機芯片中。在某些應用中，使用自適應晶體管會更節能，也更方便。”
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