北京
下一代半導體器件有望幫助芯片制造商用更少的晶體管和更低的復雜性，制造出更小、更快的電子設備。
芯片制造商正面臨艱難的平衡。消費者既希望擁有具備更快AI功能的更智能設備，又期望這些產品保持小巧、散熱良好且節能。如今，工程師塞進手表、耳機和微型傳感器中的計算能力，已超過幾十年前整臺計算機的水平。
韓國的一個研究團隊認為，他們找到了一種緩解這種壓力的方法。浦項科技大學（POSTECH）的科學家開發出了一種半導體器件，能夠自行執行多種電路操作。該設計可以簡化未來芯片，同時為AI驅動的電子設備提供更快的數據處理速度。
重新思考晶體管設計
該項目致力于減少現代芯片所需的元件數量。大多數半導體系統將計算任務分散在許多晶體管和電路上。隨著設備越來越先進，這種復雜性也在不斷增加。
李秉憲（Byoung Hun Lee）教授和全在鉉（Jae Hyeon Jun）博士領導的研究團隊提出了這種新方法。他們沒有增加更多元件，而是重新設計了晶體管本身，使其能同時處理多種功能。
該團隊使用氧化鋅和碲來制造該器件。這兩種材料都能在相對較低的溫度下形成半導體薄膜。這一特性為制造商在現有芯片上堆疊額外電路時提供了更大的靈活性。
現代半導體生產在后道工序中會限制熱暴露，因為過高的溫度會損壞之前構建的結構。因此，能在約200攝氏度（392華氏度）以下工作的材料，對下一代芯片封裝可能極具價值。
打破正常的電流規律
該晶體管的行為也不同于傳統半導體器件。在大多數芯片中，電流會隨著電壓升高而穩定增加。而浦項科技大學的這款器件并未遵循這一模式。
研究人員對該晶體管進行了設計，使其產生負微分跨導（NDT）。在這種狀態下，即使電壓持續升高，電流也會暫時下降。該團隊隨后實現了雙負微分跨導效應，即同一器件內發生兩次電流下降。
這種不尋常的行為賦予了該晶體管更強的信號處理靈活性。這一效應取決于氧化鋅層和碲層在結構內部的重疊程度。
較小的重疊會產生一次電流躍遷。較大的重疊則會同時引發橫向和縱向的電流移動。這種相互作用產生兩個電流峰值，使得該晶體管能夠獨自處理更高級的電路功能。
芯片更小，速度更快
為了展示這一設計，研究人員制作了一個四倍頻器。該電路能將一路輸入信號轉換為四路輸出信號。傳統的半導體布局通常需要多個晶體管才能完成這一操作。
浦項科技大學的設計僅用一個晶體管就完成了任務。研究人員表示，該方法將所需的晶體管數量減少了75%。電路測試還顯示，在單個信號周期內，數據處理速度提高了四倍。
研究人員認為，這項技術可為緊湊型AI硬件、可穿戴電子設備以及高密度三維芯片系統提供動力。
李教授表示：“這項研究展示了在單個器件層面實現復雜電路功能的可能性。”
韓國科學技術信息通信部和韓國國家研究基金會資助了這項研究。該研究發表于《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊。
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