能夠改變特性的晶體管是半導體未來發(fā)展的一個重要要素。隨著標準晶體管的體積大小接近極限，開發(fā)更節(jié)能的電路以提高內存進而實現(xiàn)更強大的計算機，在相同數(shù)量的單元上實現(xiàn)更多的功能變得越來越重要。

據(jù)報道，瑞典隆德大學(Lund University)的研究人員最近在這方面有所突破。他們展示了如何制造新的可配置晶體管，并在一個新的的層面上進行控制。最新研究成果近日發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

鑒于外界對更更更高效電路的需求越來越大，人們對可重構的晶體管產生了濃厚興趣。這種技術的優(yōu)點是，晶體管在制造完成后，可以與標準半導體相比改變其性能。

從歷史上看，通過縮小硅晶體管的尺寸來提高計算機的計算計算效率(又稱摩爾定律)。但現(xiàn)在已經(jīng)到了一個“瓶頸階段”，繼續(xù)沿著這些路線發(fā)展的成本變得高了很多，而這條路線的發(fā)展也因為量子力學問題的出現(xiàn)而變得緩慢。

于是，科學家們就不停地尋找新的材料，元件，電路。據(jù)了解，在III-V材料(硅的替代品)領域，隆德大學在國際上處于領先地位。這些材料在發(fā)展高頻技術(如未來6G和7G網(wǎng)絡的部件)、光學應用以及越來越節(jié)能的電子部件方面都有相當?shù)臐摿Α?/span>

為了實現(xiàn)這一潛能，科研人員采用的是鐵-電兩種材料。這是一種特殊的材料，當它們暴露在電場中時，其內部極化現(xiàn)象就會發(fā)生變化。與一般磁鐵不同的是，它并非磁北極和磁南極，而是以正負電荷在材料的每一面形成電極。通過極化的改變，晶體管可以得到控制。另一個好處是，這種材料即使電流關閉，也會“記得”它是極化的。

研究人員通過一種新的材料組合，創(chuàng)造出可以控制晶體管中隧道結的鐵電“顆粒”——一種電橋效應。而且顆粒大小只有10nm。通過測量電壓或電流的波動，就能識別一個晶粒的極化在什么時候會發(fā)生改變，從而知道這對晶體管的行為會產生怎樣的影響。

這一最新發(fā)表的研究以帶有隧道勢壘的晶體管形式，研究了新的鐵電存儲器，以創(chuàng)建新的電路架構。納米電子學博士Anton Eriksson說：“我們的目標是創(chuàng)造神經(jīng)形態(tài)電路，即適應人工智能的電路，因為它們的結構與人腦的突觸和神經(jīng)元相似”。

據(jù)研究人員介紹，新成果的特別之處在于可以利用鐵電晶粒直接位于結附近，從而制造隧道結。這些納米微粒在個體層面上是可以控制的，而之前只能對整個微粒組進行跟蹤。這樣，就可以對材料的各個部分進行識別和控制。

“為了創(chuàng)造先進的應用，你必須首先了解單個顆粒的動態(tài)到原子水平，以及存在的缺陷。增加對材料的理解可以用來優(yōu)化功能。通過控制這些鐵電顆粒，你就可以創(chuàng)造出可以改變其性質的新型半導體。通過改變電壓，你可以在同一個組件中產生不同的功能，”他們補充說。

此外，研究人員研究了如何利用這些知識創(chuàng)建不同的可重構應用，通過操縱通過晶體管發(fā)出的信號。比如，它可以用在新的存儲單元，也可以用在更節(jié)能的晶體管上。

研究人員將這種新型的晶體管稱為鐵TFET，可以用在數(shù)碼和仿真電路中。這種晶體管還有一個好處，就是在低電壓下也能工作。這使得他們的能源利用效率很高，未來無線通信、物聯(lián)網(wǎng)和量子計算機等領域都需要這樣的能源。

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