电极|科学家用锗生产最灵活自适应晶体管
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 。
总编辑圈点
【电极|科学家用锗生产最灵活自适应晶体管】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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