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美國普渡大學研制出具有存儲功能的晶體管
2019-12-31 11:26:53

  計算機芯片使用兩個不同的設備來處理和存儲信息。如果工程師可以將這些設備組合成一個或放在一起,那么芯片上就會有更多的空間,從而使其更快,更強大。
  普渡大學的工程師已經開發出一種方法,使得用于處理信息的數百萬個微型開關(稱為晶體管)可以作為一個器件將該信息存儲。
  發表在《自然電子》(Nature Electronics)雜志上的一篇論文詳細介紹了這種方法,它通過解決另一個問題來實現這一目標:將晶體管與比大多數計算機中使用的性能更高的存儲技術相結合,稱為鐵電隨機存儲器(RAM)。
  研究人員數十年來一直試圖將兩者整合在一起,但鐵電材料和硅(構成晶體管的半導體材料)之間的界面出現了問題。相反,鐵電RAM是作為一個獨立的芯片單元運行的,這限制了它提高計算效率的潛力。
  普渡大學電子與計算機工程學教授Peide Ye領導的團隊發現了如何克服硅與鐵電材料之間致命的敵對關系。
  “我們使用了具有鐵電特性的半導體。這樣,兩種材料就變成一種材料,不必擔心界面問題!
  結果就是所謂的鐵電半導體場效應晶體管,其構建方式與目前在計算機芯片上使用的晶體管相同。
  α-硒化銦材料不僅具有鐵電性能,而且解決了傳統鐵電材料由于寬“帶隙”通常作為絕緣體而不是半導體的問題,這意味著電流無法通過并且不會進行計算。
  α-硒化銦的帶隙小得多,這使得該材料成為半導體而不會喪失鐵電性能。
  普渡大學電氣與計算機工程博士后研究員孟維思(Mengwei Si)對該晶體管進行了構建和測試,發現其性能可與現有的鐵電場效應晶體管相媲美,并且可以通過更優化來超越它們。 普渡大學電氣與計算機工程系助理教授Sumeet Gupta和博士生Atanu Saha提供了建模支持。
  Si和Ye的團隊還與佐治亞理工學院的研究人員合作,將α-硒化銦建立在稱為鐵電隧穿結的芯片空間中,工程師可以利用該空間來增強芯片的功能。該團隊于12月9日在2019 IEEE國際電子設備會議上介紹了這項工作。
  過去,研究人員無法建立高性能的鐵電隧道結,因為它的寬帶隙使材料太厚而無法通過電流。由于α-硒化銦的帶隙小得多,因此該材料的厚度僅為10納米,從而允許更多的電流流過。
  葉說,更大的電流可使器件面積縮小至幾納米,從而使芯片更密集,更節能。較薄的材料-甚至可以減小到原子層的厚度-也意味著隧道結兩側的電極可以小得多,這對于構建模擬人腦網絡的電路很有用。
  這項研究在普渡發現公園比爾克納米技術中心進行,并得到了美國國家科學基金會、美國空軍科學研究辦公室、半導體研究公司、國防高級研究計劃局和美國海軍研究辦公室資助。(國家工業信息安全發展研究中心  徐晨)

  來源:國防科技信息網

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