Dynaamisesti ohjelmoitava transistori

Tavallisen ohjausportin (punainen) lisäksi älytransistorissa on myös ohjelmaportti (sininen).

Uuden transistoritekniikan saavuttamiseksi TU Wienin tutkijat eivät luottaneet tavanomaiseen piiteknologiaan, vaan germaniumiin.

Germaniumin erityisominaisuudet ja erityisten ohjelmaporttielektrodien käyttö mahdollistivat prototyypin luomisen uudelle komponentille, joka saattaa aloittaa sirutekniikan uuden aikakauden.

TU Wienin uudessa transistorissa sekä elektroneja että aukkoja käsitellään samanaikaisesti hyvin erikoisella tavalla: "Yhdistämme kaksi elektrodia erittäin ohuella germaniumlangalla, joka on yhdistetty metalliin molemmilta puolilta erityisellä, erittäin puhtaalla liitännällä. Tämän germanium-segmentin yläpuolelle sijoitamme tavanomaisten transistoreiden kaltaisen hilaelektrodin.

Ratkaisevaa on, että transistorissamme on myös toinen ohjauselektrodi, joka on sijoitettu germaniumin ja metallin rajapinnoille. Se voi dynaamisesti ohjelmoida transistorin toiminnan," selittää tutkijatohtori Masiar Sistani.

Tämä rakenne mahdollistaa elektronien ja aukkojen ohjauksen erikseen. "Se, että käytämme germaniumia, on ratkaiseva etu", Sistani täydentää. "Tämä johtuu siitä, että germaniumilla on hyvin erityinen elektroniikkarakenne: kun kytket jännitettä, virran kulku kasvaa aluksi odotetusti.

Tietyn kynnyksen jälkeen virtaus kuitenkin pienenee jälleen - tätä kutsutaan negatiiviseksi differentiaaliresistanssiksi. Ohjauselektrodin avulla voimme moduloida, millä jännitteellä tämä kynnys on. Tämä johtaa uusiin vapausasteisiin, joiden avulla voimme antaa transistorille juuri ne ominaisuudet, joita tarvitsemme milloinkin."

Tällä tavalla esimerkiksi NAND-portti voidaan vaihtaa NOR-portiksi. "Tähän asti elektroniikan älykkyys on tullut yksinkertaisesti useiden transistorien yhdistelemisistä, joista jokaisella oli vain melko alkeellinen toiminnallisuus.

Tulevaisuudessa tämä äly voidaan siirtää itse uuden transistorin sopeutumiskykyyn", sanoo professori Walter Weber. "Aiemmin 160 transistoria vaatineet aritmeettiset operaatiot ovat mahdollisia 24 transistorilla tämän parantuneen sopeutumiskyvyn ansiosta. Tällä tavoin voidaan myös nostaa piirien nopeutta ja energiatehokkuutta merkittävästi."

Nämä uudet mahdollisuudet ovat erityisen kiinnostavia tekoälyn sovelluksissa: "Ihmisälymme perustuu dynaamisesti muuttuviin piireihin hermosolujen välillä. Uusien adaptiivisten transistoreiden avulla on nyt mahdollista muokata piirejä suoraan sirulla halutulla tavalla," sanoo Walter Weber. Moniarvologiikka voidaan myös toteuttaa tällä tavalla - eli piirejä, jotka eivät toimi vain 0:n ja 1:n kanssa, vaan suuremmalla määrällä mahdollisia tiloja.

Tämän uuden teknologian nopea teollinen sovellus on realistinen: käytetyt materiaalit ovat jo nykyään käytössä puolijohdeteollisuudessa, eikä täysin uusia valmistusprosesseja tarvita. Joltain osin tekniikka olisi jopa yksinkertaisempaa kuin ennen: nykyään puolijohdemateriaalit seostetaan eli rikastetaan yksittäisillä vierailla atomeilla. Tämä ei ole välttämätöntä germaniumpohjaisen transistorin kanssa; puhdasta germaniumia voidaan käyttää.

"Emme halua korvata aiempaa transistoritekniikkaa kokonaan uudella transistorillamme, se olisi julkeaa, Masiar Sistani sanoo. "Uusi tekniikka on tulevaisuudessa todennäköisemmin sisällytetty tietokonepiiriin lisäosana. Tietyissä sovelluksissa on yksinkertaisesti energiatehokkaampaa luottaa mukautuviin transistoreihin."

Aiheesta aiemmin:

Germaniumia kvanttielektroniikkaan

Atominohut transistori puolittaa muutosjännitteen