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隨著(zhù)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等新興電子應用產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對信息高效處理的需求愈發(fā)迫切，南京大學(xué)物理學(xué)院教授繆峰團隊利用二維層狀半導體材料二硒化鎢，成功打造二維可重構器件，實(shí)現數字和類(lèi)腦電路的減負，有利于推進(jìn)未來(lái)芯片小型化與高速化的發(fā)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然—電子學(xué)》。 目前主流的可重構電路是基于傳統的硅基電路，其中的P型或N型場(chǎng)效應器件具有單一的電學(xué)特性，一旦制備成功，其場(chǎng)效應特性再無(wú)法通過(guò)電學(xué)操作實(shí)現動(dòng)態(tài)轉換。只有通過(guò)耗費大量的晶體管資源構建復雜的電路結構，才能在電路層面實(shí)現可重構的計算能力。因此，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界亟須尋找全新的電子技術(shù)來(lái)構建能夠滿(mǎn)足未來(lái)發(fā)展需求的可重構電路。 研究團隊利用二維層狀半導體材料二硒化鎢的雙極性場(chǎng)效應特性和可變的漏端電壓極性，設計出一種具有分立柵結構的電場(chǎng)可調的二維同質(zhì)結器件，該可調同質(zhì)結器件（ETH）總共會(huì )表現出23種電流開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現包括P型場(chǎng)效應晶體管、N型場(chǎng)效應晶體管、正偏二極管、反偏二極管等多種開(kāi)關(guān)功能。 
△二硒化鎢晶體與結構示意圖 將2個(gè)ETH器件進(jìn)行串聯(lián)，可以構建一個(gè)基本邏輯單元，通過(guò)對3個(gè)邏輯單元進(jìn)行級聯(lián)（共6個(gè)ETH器件），研究人員設計和實(shí)現了一種可重構邏輯電路。通過(guò)重構信號輸入方式，該電路能執行包括加法器、減法器、2：1多路選擇器、D—鎖存器等微處理器常用的邏輯功能。 繆峰表示，采用傳統硅基互補邏輯技術(shù)，需要耗費28個(gè)晶體管才能構建出可執行加法器邏輯功能的電路。而基于ETH器件設計的可重構邏輯電路，不僅能大幅節省晶體管資源，且輸出信號質(zhì)量與工作頻率不遜于傳統硅基技術(shù)。 除了構建可重構的邏輯電路之外，研究人員還將ETH器件應用到神經(jīng)形態(tài)電路方面，利用3個(gè)EHT器件和一個(gè)電容元件設計可重構的突觸電路，實(shí)現了對生物突觸的時(shí)間脈沖依賴(lài)可塑性功能的模擬，以及對赫布學(xué)習規則和反赫布學(xué)習規則的模擬。而傳統硅基場(chǎng)效應晶體管的器件需要耗費大量的資源（超過(guò)10個(gè)晶體管）才能實(shí)現模擬生物突觸功能的電路，這在很大程度上限制了傳統類(lèi)腦芯片的集成密度。 繆峰介紹，研究團隊通過(guò)二硒化鎢設計的可調同質(zhì)結器件，可以在確保器件與電路都具有可重構功能的同時(shí)，大幅降低電路晶體管資源的消耗。這樣既有利于芯片的小型化和提升功能密度，又能夠降低芯片的整體能耗，有望為物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、人工智能等應用的快速發(fā)展提供助力。 中鎢在線(xiàn)科技有限公司 |
