3-i-1-enhed tilbyder alternativ til Moores lov

I halvlederindustrien, der er i øjeblikket én hovedstrategi til at forbedre enheders hastighed og effektivitet:skalere enhedsdimensionerne ned for at passe flere transistorer på en computerchip, i overensstemmelse med Moores lov. Imidlertid, antallet af transistorer på en computerchip kan ikke stige eksponentielt for evigt, og dette motiverer forskere til at lede efter andre måder at forbedre halvlederteknologier på.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Nanoteknologi , et team af forskere ved SUNY-Polytechnic Institute i Albany, New York, har foreslået, at kombination af flere funktioner i en enkelt halvlederenhed kan forbedre enhedens funktionalitet og reducere fremstillingskompleksiteten, derved give et alternativ til at nedskalere enhedens dimensioner som den eneste metode til at forbedre funktionaliteten.

At demonstrere, forskerne designet og fremstillede en rekonfigurerbar enhed, der kan omdannes til tre grundlæggende halvlederenheder:en p-n diode (som fungerer som en ensretter, til konvertering af vekselstrøm til jævnstrøm), en MOSFET (til at skifte), og en bipolær forbindelsestransistor (eller BJT, til strømforstærkning).

"Vi er i stand til at demonstrere de tre vigtigste halvlederenheder (p-n diode, MOSFET, og BJT) ved hjælp af en enkelt rekonfigurerbar enhed, " fortalte medforfatter Ji Ung Lee ved SUNY-Polytechnic Institute Phys.org . "Mens disse enheder kan fremstilles individuelt i moderne halvlederfabrikationsfaciliteter, kræver ofte komplekse integrationsordninger, hvis de skal kombineres, vi kan danne en enkelt enhed, der kan udføre funktionerne for alle tre enheder."

Den multifunktionelle enhed er lavet af todimensionelt wolframdiselenid (WSe ₂ ), en nyligt opdaget overgangsmetal dichalcogenid-halvleder. Denne klasse af materialer er lovende til elektronikapplikationer, fordi båndgabet kan justeres ved at kontrollere tykkelsen, og det er et direkte båndgab i enkeltlagsform. Båndgabet er en af ​​fordelene ved 2D overgangsmetal dichalcogenider i forhold til grafen, som har nul båndgab.

For at integrere flere funktioner i en enkelt enhed, forskerne udviklede en ny dopingteknik. Siden WSe ₂ er sådan et nyt materiale, indtil nu har der været mangel på dopingteknikker. Gennem doping, forskerne kunne indse egenskaber som ambipolær ledning, som er evnen til at lede både elektroner og huller under forskellige forhold. Dopingteknikken betyder også, at alle tre funktionaliteter er overfladeledende enheder, som tilbyder en enkelt, ligetil måde at evaluere deres præstationer på.

"I stedet for at bruge traditionelle halvlederfremstillingsteknikker, der kun kan danne faste enheder, vi bruger porte til at dope, " sagde Lee. "Disse porte kan dynamisk ændre, hvilke bærere (elektroner eller huller) der strømmer gennem halvlederen. Denne evne til at ændre gør det muligt for den rekonfigurerbare enhed at udføre flere funktioner.

"Ud over at implementere disse enheder, den rekonfigurerbare enhed kan potentielt implementere visse logiske funktioner mere kompakt og effektivt. Dette skyldes, at tilføjelse af porte, som vi har gjort, kan spare det samlede areal og muliggøre mere effektiv databehandling."

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge anvendelsen af ​​disse multifunktionelle enheder yderligere.

"Vi håber at bygge komplekse computerkredsløb med færre enhedselementer end dem, der bruger den nuværende halvlederfremstillingsproces, " sagde Lee. "Dette vil demonstrere skalerbarheden af ​​vores enhed til post-CMOS-æraen."

© 2017 Phys.org