Illustration av den omkonfigurerbara enheten med tre nedgrävda portar, som kan användas för att skapa regioner av n- eller p-typ i en enda halvledarflinga. Upphovsman:Dhakras et al. © 2017 IOP Publishing Ltd.
Inom halvledarindustrin, det finns för närvarande en huvudstrategi för att förbättra hastigheten och effektiviteten hos enheter:skala ner enhetsdimensionerna för att passa fler transistorer på ett datorchip, i enlighet med Moores lag. Dock, antalet transistorer på ett datorchip kan inte exponentiellt öka för alltid, och detta motiverar forskare att leta efter andra sätt att förbättra halvledarteknologi.
I en ny studie publicerad i Nanoteknik , ett team av forskare vid SUNY-Polytechnic Institute i Albany, New York, har föreslagit att kombination av flera funktioner i en enda halvledarenhet kan förbättra enhetens funktionalitet och minska tillverkningskomplexiteten, därigenom ett alternativ till att skala ner enhetens dimensioner som den enda metoden för att förbättra funktionaliteten.
Att demonstrera, forskarna designade och tillverkade en omkonfigurerbar enhet som kan omvandlas till tre grundläggande halvledarenheter:en p-n-diod (som fungerar som likriktare, för att omvandla växelström till likström), en MOSFET (för växling), och en bipolär övergångstransistor (eller BJT, för strömförstärkning).
"Vi kan demonstrera de tre viktigaste halvledarenheterna (p-n-diod, MOSFET, och BJT) med en enda omkonfigurerbar enhet, "berättade medförfattaren Ji Ung Lee vid SUNY-Polytechnic Institute Phys.org . "Även om dessa enheter kan tillverkas individuellt i moderna anläggningar för tillverkning av halvledare, kräver ofta komplexa integrationssystem om de ska kombineras, vi kan bilda en enda enhet som kan utföra alla tre enheternas funktioner. "
Den multifunktionella enheten är tillverkad av tvådimensionell volframdiselenid (WSe 2 ), en nyligen upptäckt halvledare av övergångsmetalldikalkogenid. Denna materialklass är lovande för elektronikapplikationer eftersom bandgapet är inställbart genom att kontrollera tjockleken, och det är en direkt bandgap i enskiktsform. Bandgapet är en av fördelarna med 2D -övergångsmetalldykalkogenider framför grafen, som har noll bandgap.
För att integrera flera funktioner i en enda enhet, forskarna utvecklade en ny dopningsteknik. Sedan WSe 2 är ett sådant nytt material, hittills har det saknats dopningstekniker. Genom dopning, forskarna kunde inse egenskaper som ambipolär ledning, vilket är förmågan att leda både elektroner och hål under olika förhållanden. Doptekniken innebär också att alla tre funktioner är ytledande enheter, som erbjuder en singel, enkelt sätt att utvärdera deras prestanda.
"Istället för att använda traditionella halvledartillverkningstekniker som bara kan bilda fasta enheter, vi använder portar för att dope, "Sade Lee." Dessa grindar kan dynamiskt förändra vilka bärare (elektroner eller hål) som flödar genom halvledaren. Denna möjlighet att ändra gör att den omkonfigurerbara enheten kan utföra flera funktioner.
"Förutom att implementera dessa enheter, den omkonfigurerbara enheten kan potentiellt implementera vissa logiska funktioner mer kompakt och effektivt. Detta beror på att lägga till portar, som vi har gjort, kan spara det totala området och möjliggöra mer effektiv datoranvändning. "
I framtiden, forskarna planerar att ytterligare undersöka tillämpningarna av dessa multifunktionella enheter.
"Vi hoppas kunna bygga komplexa datakretsar med färre enhetselement än de som använder den nuvarande halvledartillverkningsprocessen, "Sade Lee." Detta kommer att visa vår enhets skalbarhet för tiden efter CMOS. "
© 2017 Phys.org
