Puolijohteet siirtyvät moniajon aikakauteen

Alle kaksi vuosikymmentä sen jälkeen, kun älypuhelimet mahtuivat kämmenellemme, tekoäly toimii nyt ranteessamme pidettävillä laitteilla. Haasteena on, että vaikka laitteet kutistuvat edelleen, niiden käsiteltävän datan määrä ja suoritettavien toimintojen määrä kasvavat eksponentiaalisesti.

POSTECHin tutkimusryhmä on löytänyt lupaavan tavan ratkaista tätä ristiriitaa.

Professori Byoung Hun Leen johtama tiimi on yhdessä tohtori Jae Hyeon Junin kanssa kehittänyt transistoriteknologian, jonka avulla yksi puolijohderakenne voi suorittaa useita piiritoimintoja samanaikaisesti.

Uusi lähestymistapa yksinkertaistaa merkittävästi piirisuunnittelua ja nelinkertaistaa datankäsittelynopeuden perinteisiin menetelmiin verrattuna.

Yksi puolijohdeteollisuuden keskeisistä haasteista on useampien toimintojen integrointi pienempiin siruihin. Kuitenkin, kun aiemmin valmistettuihin puolijohdesiruihin (BEOL) lisätään uusia toimintoja, käsittely on suoritettava alle 400 °C:n lämpötiloissa olemassa olevan sirurakenteen suojaamiseksi.

Nyt tutkimusryhmä keskittyi sinkkioksidiin ja telluuriin. Molemmat materiaalit voidaan valmistaa ohuiksi, tasaisiksi kalvoiksi alle 200 °C:n lämpötiloissa, mikä tekee niistä lupaavia ehdokkaita seuraavan sukupolven puolijohdemateriaaleiksi. Yhdistämällä nämä kaksi ryhmä loi ZnO (n) –Te (p) -heteroliitostransistorin.

Uudenlainen transistorirakenne ohjaa virran kulkua erittäin ainutlaatuisella tavalla. Toisin kuin perinteisissä puolijohteissa, joissa virta yleensä kasvaa jännitteen noustessa, tässä rakenteessa on negatiivinen differentiaalinen transkonduktanssi (NDT) , jossa virta pienenee tietyllä jännitealueella.

Tiimi onnistui toteuttamaan kaksinkertaisen negatiivisen differentiaalisen transkonduktanssin (D-NDT), jossa tämä ilmiö esiintyy kahdesti peräkkäin yhden rakenteen sisällä. Yksinkertaisesti sanottuna teknologia mahdollistaa yhden piirirakenteen hoitaa tehtäviä, jotka normaalisti jaettaisiin useiden piirien kesken, mikä vähentää piirikoosteen monimutkaisuutta.

Avain piilee kahden materiaalin välisen päällekkäisyyden tarkassa hallinnassa. Kun päällekkäisalue on lyhyt, virta muuttuu vain kerran. Kuitenkin, kun päällekkäisalue pitenee, rakenteen sisällä muodostuu samanaikaisesti sekä sivuttais- että pystysuuntaisia virtoja, jotka tuottavat kaksinkertaisia virtapiikkejä.

Tämän rakenteen avulla tiimi toteutti taajuuden nelinkertaistajan. Tämä toiminto vähentää yleensä tarvittavien transistoreiden määrää 75 %. Todellisissa piirikokeissa tutkijat vahvistivat myös, että datankäsittelynopeus nelinkertaistui yhden tulosignaalin syklin aikana.

”Tämä tutkimus osoittaa, että monimutkaisia piiritoimintoja on mahdollista toteuttaa yhden piirirakenteen tasolla”, sanoo professori Byoung Hun Lee. ”Odotamme, että tätä teknologiaa voidaan soveltaa laajasti erittäin kompaktien tekoälylaitteiden ja kolmiulotteisten integroitujen, tiheiden puolijohdejärjestelmien kehittämiseen.”

Aiheesta aiemmin:

Magneettinen transistori tulevaisuuden elektroniikalle

Liukuma transistorin perustaksi

Dynaamisesti ohjelmoitava transistori