科學家用鍺生產最靈活自適應晶體管

科技日報北京12月23日電 （實習記者張佳欣）鍺的特殊性質和專用編程柵電極的使用，使人們有可能為一種開創芯片技術新紀元的新元件製造出原型。據近日發表在美國化學學會《納米雜誌》上的研究，奧地利維也納工業大學沒有依靠硅基晶體管技術，而是利用鍺生產出世界上最靈活的晶體管。這種新型自適應晶體管可以在運行時動態切換，能執行不同的邏輯任務。這從根本上改變了芯片設計的可能性，並在人工智能、神經網絡甚至邏輯領域開闢了全新機會。

電荷在晶體管中的傳輸方式取決於使用的材料：要麼是帶有負電荷的自由移動電子，要麼是單個原子中可能缺少電子，所以該點是帶正電荷的。這就是所謂的“空穴”。

在新型晶體管中，電子和空穴以一種非常特殊的方式同時操作。維也納工業大學固態電子研究所博士後研究員馬西亞爾·西斯塔尼解釋道：“通過極其乾淨的高質量接口，我們用一根由鍺製成的極細的導線連接兩個電極。在鍺的上方，我們放置了一個柵電極。具有決定性的一步是，我們的晶體管具有另一個控制電極，該電極放置在鍺和金屬之間的界面上。它可以對晶體管的功能進行動態編程。”

這種器件結構使得分別控制電子和空穴成為可能。西斯塔尼補充道，“使用鍺是因為鍺有一種非常特殊的電子結構：當施加電壓時，電流剛開始會增加，然而，在某一閾值之後，電流再次下降，這被稱為負差分電阻。在控制電極的幫助下，我們可以調節這個閾值所在的電壓。這提供了新的自由度，我們可以利用這一自由度讓晶體管實現所需特性。例如，可以將邏輯電路中的與非門切換到或非門。”

到目前為止，電子設備的智能只是由幾個晶體管的互連實現，而每個晶體管都只有相當原始的功能。在未來，這種智能可以讓新晶體管本身的適應性來實現。由於適應性的提高，以前需要160個晶體管的算術運算現在可以用24個晶體管完成。這樣一來，電路的速度和能效也可以顯著提高。