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在智能手機能夠手掌掌控不到二十年后的今天，人工智能已經(jīng)可以在佩戴在我們手腕上的設(shè)備上運行。挑戰(zhàn)在于，雖然設(shè)備在繼續(xù)縮小，但它們必須處理的數(shù)據(jù)量和必須履行的功能數(shù)量卻在呈指數(shù)級增長。浦項科技大學（POSTECH）的一個研究團隊找到了一種有望解決這一矛盾的方法。

由POSTECH電子工程系和半導體工程系李炳勛（Byoung Hun Lee）教授領(lǐng)導的團隊，與電子工程系的全在賢（Jae Hyeon Jun）博士一起，開發(fā)出了一種晶體管技術(shù)，該技術(shù)使單個半導體器件能夠同時執(zhí)行多種電路功能。與傳統(tǒng)方法相比，這種新方法顯著簡化了電路設(shè)計，并將數(shù)據(jù)處理速度提高了四倍。這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在材料科學和電子器件領(lǐng)域的國際期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。

ZnO–Te異質(zhì)結(jié)器件的結(jié)構(gòu)和雙NDT、D-NDT特性，通過控制幾何重疊長度，在單個器件中產(chǎn)生雙電流峰。

半導體行業(yè)的核心挑戰(zhàn)之一是將更多功能集成到更小的芯片中。隨著功能數(shù)量的增加，所需的電路和晶體管數(shù)量也隨之增加。然而，在向先前制造的半導體芯片添加新功能時，后端制程（BEOL）的加工必須在低于400°C的溫度下進行，以保護現(xiàn)有的芯片結(jié)構(gòu)。

研究團隊將目光投向了氧化鋅（ZnO）和碲（Te）。這兩種材料都可以在低于200°C的溫度下制備成均勻的薄膜，這使它們成為下一代半導體材料的有力候選者。通過將這兩者結(jié)合，該團隊創(chuàng)建了一個氧化鋅-碲（ZnO-Te）異質(zhì)結(jié)晶體管。

該器件以一種非常獨特的方式控制電流流動。傳統(tǒng)半導體的電流通常隨著電壓的升高而增加，與之不同，該器件表現(xiàn)出負微分跨導（NDT），即在一定的電壓范圍內(nèi)電流會減少。該團隊成功實現(xiàn)了雙負微分跨導（D-NDT），即這種現(xiàn)象在單個器件內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩次。簡單來說，這項技術(shù)允許單個器件處理通常由多個器件分擔的任務，從而降低了電路的復雜性。

其關(guān)鍵在于精確控制兩種材料之間的重疊長度。當重疊區(qū)域較短時，電流只改變一次。然而，隨著重疊區(qū)域變長，器件內(nèi)部會同時形成橫向和縱向電流，從而產(chǎn)生雙電流峰值。正如沿直線流動的電流在遇到三維立體交叉路口時能夠進行更復雜的路由一樣，該器件也變得能夠進行更復雜的信號處理。

利用該器件，該團隊實現(xiàn)了一個將一個輸入信號轉(zhuǎn)換成四個輸出信號的四倍頻器。這一功能通常需要多個晶體管，但新技術(shù)僅用單個器件就實現(xiàn)了它，將所需晶體管的數(shù)量減少了75%。在實際的電路實驗中，研究人員還證實，在單個輸入信號周期內(nèi)，數(shù)據(jù)處理速度提高了四倍。

“這項研究證明了在單個器件水平上實現(xiàn)復雜電路功能的可行性，”李炳勛教授表示。“我們期望這項技術(shù)能夠廣泛應用于超緊湊AI設(shè)備以及三維集成、高密度半導體系統(tǒng)的開發(fā)中。”

本研究得到了由韓國科學技術(shù)信息通信部和韓國國家研究基金會資助的國家半導體實驗室核心技術(shù)開發(fā)計劃和納米材料技術(shù)開發(fā)計劃的支持。

https://www.eurekalert.org/news-releases/1131040

（來源：eurekalert ）

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