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(tài)切換，以執(zhí)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(jīng)網(wǎng)絡，甚至可以處理0和1以外更多數(shù)值的邏輯領域開辟了全新的機會。
為了實現(xiàn)這一目標，維也納工業(yè)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(fā)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(chuàng)造出一個新元件的原型，可能會開創(chuàng)芯片技術的新時代。”
晶體管是每一個現(xiàn)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(zhì)量接口連接兩個電極。在鍺段上方放置了一個像傳統(tǒng)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(tài)地對晶體管的功能進行編程?！?/p>
根據(jù)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(diào)節(jié)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?！?/p>
“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(xiàn)。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(jīng)細胞之間動態(tài)變化的回路。有了新的自適應晶體管，現(xiàn)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(xiàn)，即電路不僅工作于0和1，而且工作于更大數(shù)量的可能狀態(tài)?！?/p>
此外，這種新技術的快速工業(yè)應用也是現(xiàn)實的：所使用的材料已經(jīng)在今天的半導體工業(yè)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(jié)能，也更方便。”（作者：黃君芝）
轉自：財聯(lián)社
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