研究人员的目标是在一个组件中计算和存储晶体管

材料的不兼容性阻碍了将晶体管和存储器集成到一个单片商用组件中的努力。这种情况可能即将改变。

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普渡大学(Purdue University)的研究人员朝着一个难以实现的目标取得了进展:制造一种既能处理信息又能存储信息的晶体管。在未来,单个芯片组件可以将晶体管的处理功能与铁电存储器的存储能力结合起来,潜在地创造出一种进程存储器组合,使计算速度更快,而且只有原子那么厚。

在芯片上嵌入更多的功能,在不增加内存的情况下提高速度和功率,是电子设计的核心目标。为了达到今天的水平,普渡大学的工程师们必须克服晶体管(几乎所有电子产品中都使用的开关和放大机制)与铁电RAM之间的不兼容性。铁电存储器是高性能的存储技术;与传统的介质层结构DRAM不同,这种材料引入了非挥发性,这意味着它可以在断电时保留信息。

过去,材料冲突阻碍了集成晶体管和存储器的商业电子产品的设计。几十年来,研究人员一直试图将两者结合起来,但铁电材料和构成晶体管的半导体材料硅之间的界面出现了问题。相反,铁电存储器作为一个独立的芯片单元运行,限制了它使计算更高效的潜力声明

由叶培德(Peide Ye)领导的普渡大学(Purdue)工程师团队提出了一个解决方案:“我们使用了一种具有铁电性质的半导体。这样一来,两种材料就变成了一种材料,你就不用担心界面问题了。”

普渡大学工程师的方法是围绕一种叫做硒化铟的物质。它具有铁电性质,但它克服了传统铁电材料的限制,通常作为绝缘体,不允许电通过。硒化铟材料可以成为半导体,这是晶体管元件所必需的,以及一个室温稳定、低电压要求的铁电元件,这是铁电RAM所必需的。

该大学解释说,硒化铟比其他材料的带隙更小。带隙是指没有电子存在的地方。这种缩小的带隙是在材料本身中发现的,这意味着材料并不是一种严重的绝缘体,也不是太厚,电流无法通过——但仍然存在铁电层。根据普渡大学的研究,更小的带隙“使材料在不失去铁电特性的情况下成为半导体成为可能”。

“结果就是一种所谓的铁电半导体场效应晶体管,其结构与目前电脑芯片上使用的晶体管相同。”

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