(PhysOrg.com) -- De flesta av dagens elektronikenheter innehåller två olika typer av fälteffekttransistorer (FET):n-typ (som använder elektroner som laddningsbärare) och p-typ (som använder hål). Rent generellt, en transistor kan bara vara den ena eller den andra, men inte båda. Nu i en ny studie, forskare har designat en transistor som kan omkonfigureras till antingen n-typ eller p-typ när den programmeras av en elektrisk signal. En uppsättning av dessa "universella transistorer" kan, i princip, utföra någon boolesk logikoperation, vilket innebär att kretsar kan utföra samma antal logiska funktioner med färre transistorer. Denna fördel kan leda till mer kompakt hårdvara och nya kretsdesigner.

Forskarna som designade transistorn, ledd av Walter M. Weber vid Namlab gGmbH i Dresden, Tyskland, har publicerat det nya konceptet i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

"Syntetiska nanotrådar används för att förverkliga principbeviset, " berättade Weber PhysOrg.com . "Dock, konceptet är fullt överförbart till den senaste CMOS-kiselteknologin och kan använda sig av självjusterade processer."

Den nya transistorns kärna består av en enda nanotråd gjord av en metall-halvledare-metallstruktur, som är inbäddad i ett kiseldioxidskal. Elektroner eller hål strömmar från källan i ena änden av nanotråden genom två grindar till avloppet i den andra änden av nanotråden. De två grindarna styr flödet av elektroner eller hål på olika sätt. En gate väljer transistortyp genom att välja att använda antingen elektroner eller hål, medan den andra grinden styr elektronerna eller hålen genom att justera nanotrådens konduktans.

Att använda en grind för att välja konfiguration av p- eller n-typ skiljer sig ganska mycket från konventionella transistorer. I konventionella transistorer, operation av p- eller n-typ är resultatet av dopning som sker under tillverkningsprocessen, och kan inte ändras när transistorn väl är tillverkad. I kontrast, den omkonfigurerbara transistorn använder ingen doping. Istället, en extern spänning som appliceras på en gate kan omkonfigurera transistortypen även under drift. Spänningen gör att Schottky-övergången nära grinden blockerar antingen elektroner eller hål från att flöda genom enheten. Så om elektroner blockeras, hål kan flyta och transistorn är av p-typ. Genom att applicera en något annorlunda spänning, omkonfigurationen kan ändras igen, utan att störa flödet.

Forskarna förklarar att nyckeln till att få denna omkonfiguration att fungera är möjligheten att ställa in den elektroniska transporten över var och en av de två korsningarna (en per grind) separat. Deras simuleringar visade att strömmen domineras av tunnling, vilket tyder på att nanotrådsgeometrin spelar en viktig roll i förmågan till oberoende korsningskontroll.

Eftersom den omkonfigurerbara transistorn kan utföra de logiska funktionerna för både p- och n-typ FET, en enda transistor kan ersätta både en FET av p- och n-typ i en krets, vilket skulle minska storleken på kretsen avsevärt utan att minska funktionaliteten. Även i detta tidiga skede, den omkonfigurerbara transistorn visar mycket goda elektriska egenskaper, inklusive ett rekord på/av-förhållande och minskad läckström jämfört med konventionella nanotråds-FET. I framtiden, forskarna planerar att ytterligare förbättra transistorns prestanda.

"Vi varierar materialkombinationerna för att ytterligare öka enhetens prestanda, sa Weber. "Vidare, De första kretsarna som implementerar dessa enheter håller på att byggas. … Den största utmaningen kommer att vara att införliva de extra grindsignalerna i celllayouten, vilket möjliggör flexibel sammankoppling till de andra transistorerna.”

Copyright 2011 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.