Omorganisering af en computerchip:Transistorer kan nu både behandle og gemme information

En computerchip behandler og lagrer information ved hjælp af to forskellige enheder. Hvis ingeniører kunne kombinere disse enheder til én eller sætte dem ved siden af ​​hinanden, så ville der være mere plads på en chip, gør det hurtigere og mere kraftfuldt.

Purdue Universitys ingeniører har udviklet en måde, hvorpå de millioner af bittesmå kontakter, der bruges til at behandle information - kaldet transistorer - også kan gemme denne information som én enhed.

Metoden, detaljeret i et papir udgivet i Naturelektronik , opnår dette ved at løse et andet problem:at kombinere en transistor med en mere effektiv hukommelsesteknologi, end der bruges i de fleste computere, kaldet ferroelektrisk RAM.

Forskere har i årtier forsøgt at integrere de to, men der sker problemer ved grænsefladen mellem et ferroelektrisk materiale og silicium, halvledermaterialet, der udgør transistorer. I stedet, ferroelektrisk RAM fungerer som en separat enhed på chip, begrænser dets potentiale til at gøre databehandling meget mere effektiv.

Et hold ledet af Peide Ye, Richard J. og Mary Jo Schwartz professor i elektro- og computerteknik ved Purdue, opdaget, hvordan man overvinder det dødelige fjendes forhold mellem silicium og et ferroelektrisk materiale.

"Vi brugte en halvleder, der har ferroelektriske egenskaber. På denne måde bliver to materialer til ét materiale, og du behøver ikke bekymre dig om grænsefladeproblemerne, " sagde du.

Resultatet er en såkaldt ferroelektrisk halvleder-felteffekttransistor, bygget på samme måde som transistorer, der i øjeblikket bruges på computerchips.

Materialet, alfa indium selenid, har ikke kun ferroelektriske egenskaber, men behandler også spørgsmålet om et konventionelt ferroelektrisk materiale, der normalt fungerer som en isolator frem for en halvleder på grund af et såkaldt bredt "båndgab, "hvilket betyder, at elektricitet ikke kan passere igennem, og der sker ingen databehandling.

Alpha indium selenid har et meget mindre båndgab, gør det muligt for materialet at være en halvleder uden at miste ferroelektriske egenskaber.

Mengwei Si, en Purdue -postdoktor i elektroteknik og computerteknik, bygget og testede transistoren, fandt ud af, at dens ydeevne var sammenlignelig med eksisterende ferroelektriske felteffekttransistorer, og kunne overgå dem med mere optimering. Sumeet Gupta, en Purdue -assisterende professor i el- og computerteknik, og ph.d. kandidat Atanu Saha ydede modelleringsstøtte.

Si og Yes team arbejdede også sammen med forskere ved Georgia Institute of Technology for at bygge alfa-indium-selenid ind i et rum på en chip, kaldet et ferroelektrisk tunnelkryds, som ingeniører kan bruge til at forbedre en chips muligheder. Holdet præsenterer dette arbejde den 9. december på 2019 IEEE International Electron Devices Meeting.

I fortiden, forskere havde ikke været i stand til at bygge en højtydende ferroelektrisk tunnelforbindelse, fordi dens brede båndgab gjorde materialet for tykt til, at elektrisk strøm kunne passere igennem. Da alfaindiumselenid har et meget mindre båndgab, materialet kan kun være 10 nanometer tykt, lader mere strøm strømme igennem den.

Mere strøm tillader et enhedsområde at skalere ned til flere nanometer, gør spåner mere tætte og energieffektive, Sagde du. Et tyndere materiale - selv ned til et atomlag tykt - betyder også, at elektroderne på hver side af en tunnelforbindelse kan være meget mindre, hvilket ville være nyttigt til opbygning af kredsløb, der efterligner netværk i den menneskelige hjerne.