原標(biāo)題：科學(xué)家用鍺生產(chǎn)最靈活自適應(yīng)晶體管 或開創(chuàng)芯片技術(shù)新紀(jì)元

來源：科技日報

科技日報北京12月23日電 (實習(xí)記者張佳欣)鍺的特殊性質(zhì)和專用編程柵電極的使用，使人們有可能為一種開創(chuàng)芯片技術(shù)新紀(jì)元的新元件制造出原型。據(jù)近日發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會《納米雜志》上的研究，奧地利維也納工業(yè)大學(xué)沒有依靠硅基晶體管技術(shù)，而是利用鍺生產(chǎn)出世界上最靈活的晶體管。這種新型自適應(yīng)晶體管可以在運行時動態(tài)切換，能執(zhí)行不同的邏輯任務(wù)。這從根本上改變了芯片設(shè)計的可能性，并在人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)甚至邏輯領(lǐng)域開辟了全新機會。

電荷在晶體管中的傳輸方式取決于使用的材料：要么是帶有負(fù)電荷的自由移動電子，要么是單個原子中可能缺少電子，所以該點是帶正電荷的。這就是所謂的“空穴”。

在新型晶體管中，電子和空穴以一種非常特殊的方式同時操作。維也納工業(yè)大學(xué)固態(tài)電子研究所博士后研究員馬西亞爾·西斯塔尼解釋道：“通過極其干凈的高質(zhì)量接口，我們用一根由鍺制成的極細(xì)的導(dǎo)線連接兩個電極。在鍺的上方，我們放置了一個柵電極。具有決定性的一步是，我們的晶體管具有另一個控制電極，該電極放置在鍺和金屬之間的界面上。它可以對晶體管的功能進行動態(tài)編程。”

這種器件結(jié)構(gòu)使得分別控制電子和空穴成為可能。西斯塔尼補充道，“使用鍺是因為鍺有一種非常特殊的電子結(jié)構(gòu)：當(dāng)施加電壓時，電流剛開始會增加，然而，在某一閾值之后，電流再次下降，這被稱為負(fù)差分電阻。在控制電極的幫助下，我們可以調(diào)節(jié)這個閾值所在的電壓。這提供了新的自由度，我們可以利用這一自由度讓晶體管實現(xiàn)所需特性。例如，可以將邏輯電路中的與非門切換到或非門。”

到目前為止，電子設(shè)備的智能只是由幾個晶體管的互連實現(xiàn)，而每個晶體管都只有相當(dāng)原始的功能。在未來，這種智能可以讓新晶體管本身的適應(yīng)性來實現(xiàn)。由于適應(yīng)性的提高，以前需要160個晶體管的算術(shù)運算現(xiàn)在可以用24個晶體管完成。這樣一來，電路的速度和能效也可以顯著提高。

總編輯圈點

晶體管是一種可變電流開關(guān)，基于輸入電壓控制輸出電流。與機械開關(guān)不同的是，它利用電信號來控制自身的開合。一直以來，硅都是制作晶體管的絕對主力，近年來，砷化鎵、氮化鎵、石墨烯……人類尋找新材料的努力也在持續(xù)。本文所提到的研究并非要尋找一種晶體管新材料，而是引入鍺這種具有特殊電子結(jié)構(gòu)的元素，讓晶體管更為靈活智能，提高晶體管的適應(yīng)性。研究人員希望，新晶體管能成為傳統(tǒng)晶體管的得力“助攻”，在節(jié)能和提高算力上發(fā)揮作用。

[責(zé)任編輯：楊凡、崔中連]

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