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环球报道:适配AI的未来半导体 新型晶体管功能更多、更节能

来源：开利财经时间：2023-07-05 16:53:53

可以改变特性的晶体管是未来半导体开发的重要元素。随着标准晶体管的体积大小接近极限，在相同数量的单元上实现更多功能对于开发更小、更节能的电路，以提高内存、进而实现更强大的计算机变得越来越重要。

据悉，瑞典隆德大学（Lund University）的研究人员近期在这方面取得了突破。他们展示了如何制造新的可配置晶体管，并在一个新的、更精确的水平上施加控制。最新研究成果已于近期发表在了《自然通讯》杂志上。


(资料图片)

鉴于外界对更好、更强大、更高效的电路的需求不断增加，人们对可重构晶体管产生了极大的兴趣。这种技术的优势在于，与标准半导体相比，晶体管在制造完成后就可以改变其性能。

从历史上看，计算机的计算能力和效率是通过缩小硅晶体管的尺寸来提高的（也被称为摩尔定律）。但是现在已经到了一个“瓶颈阶段”，沿着这些路线继续发展的成本已经变得高得多，而且量子力学问题的出现也减缓了该路线的发展。

因此，科学家们正在不断寻找新的材料、元件和电路。据了解，隆德大学在III-V材料（硅的替代品）领域处于世界领先地位。这些材料在高频技术（如未来6G和7G网络的部件）、光学应用和日益节能的电子元件的发展中具有相当大的潜力。

为了实现这一潜力，研究人员使用了铁电材料。这是一种特殊的材料，当暴露在电场中时可以改变它们的内部极化。与普通磁铁有所不同，它并非磁北极和磁南极，而是在材料的每一侧形成有正电荷和负电荷的电极。通过改变极化，可以控制晶体管。另一个优点是，即使电流关闭，该材料也会“记住”其极化。

通过一种新的材料组合，研究人员创造了铁电“颗粒”，可以控制晶体管中的隧道结——一种电桥效应。而且颗粒大小仅为10纳米。通过测量电压或电流的波动，可以识别单个晶粒的极化何时发生变化，从而了解这如何影响晶体管的行为。

这项最新发表的研究以具有隧道势垒的晶体管形式研究了新的铁电存储器，以创建新的电路架构。纳米电子学博士Anton Eriksson说：“我们的目标是创造神经形态电路，即适应人工智能的电路，因为它们的结构与人脑的突触和神经元相似”。

根据研究人员的说法，新结果的特别之处在于，可以使用直接位于结附近的铁电晶粒来创建隧道结。这些纳米颗粒可以在个体水平上进行控制，而以前只能跟踪整个颗粒组。通过这种方式，可以识别和控制材料的各个部分。

“为了创造先进的应用，你必须首先了解单个颗粒的动态到原子水平，以及存在的缺陷。增加对材料的理解可以用来优化功能。通过控制这些铁电颗粒，你就可以创造出可以改变其性质的新型半导体。通过改变电压，你可以在同一个组件中产生不同的功能，”他们补充说。

此外，研究人员还研究了如何利用这些知识通过以各种方式操纵通过晶体管的信号来创建不同的可重构应用。例如，它可以用于新的存储单元或更节能的晶体管。

研究人员将这种新型晶体管称为铁TFET，可用于数字和模拟电路。这种晶体管的另一个优点是它们可以在低电压下工作。这使得它们具有高能效，这将是未来无线通信、物联网和量子计算机等领域所需要的。

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