[技術(shù)前沿]一種可動(dòng)態(tài)配置的晶體管
計(jì)算機(jī)操作是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程：特定的晶體管組執(zhí)行預(yù)定的邏輯功能。但計(jì)算機(jī)研究人員希望有一天，電子電路不會(huì)被困在只執(zhí)行一項(xiàng)特定任務(wù)。相反，其想法是可以根據(jù)情況需要切換電路來執(zhí)行各種功能——一種動(dòng)態(tài)重新編程。
在一項(xiàng)可能重塑電子電路和芯片設(shè)計(jì)的開展中，維也納工業(yè)大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)推出了新一代智能可控晶體管，能夠在硬件層面靈活地重新編程。這項(xiàng)創(chuàng)新代表了對(duì)傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)的背離，給予了數(shù)據(jù)處理的適應(yīng)性和效率。
傳統(tǒng)的芯片制造方法涉及摻雜——用某些外來原子故意污染半導(dǎo)體材料。當(dāng)這些原子比它們周圍的原子多一個(gè)電子時(shí)，額外的電子可以相對(duì)容易地在材料內(nèi)移動(dòng)。另一方面，當(dāng)它們少一個(gè)電子時(shí)，周圍的電子就可以移動(dòng)。這反過來會(huì)導(dǎo)致電子在其他地方丟失，形成所謂的“空穴”——電子丟失的地方——并且該空穴會(huì)移動(dòng)順利獲得材料。
移動(dòng)電子和移動(dòng)空穴在微電子學(xué)中都發(fā)揮著重要作用。摻雜決定了電流可以流過的位置和方向以及不能流過的位置和方向。這意味著傳統(tǒng)晶體管的功能在制造過程中是固定的，不能再改變。然后使用控制電極打開或關(guān)閉流過晶體管的電流。
維也納工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的晶體管采用了一種稱為靜電摻雜的技術(shù)。這是一種用電場(chǎng)代替復(fù)雜且昂貴的化學(xué)摻雜過程的方法。順利獲得電場(chǎng)控制材料中的電子和空穴傳輸，這些晶體管可以動(dòng)態(tài)地重新配置以執(zhí)行不同的任務(wù)，從而消除了傳統(tǒng)晶體管的固定功能。
“ ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的可重構(gòu)晶體管允許在基本開關(guān)單元上進(jìn)行重新配置，而不是將信息路由到固定的功能單元，”維也納工業(yè)大學(xué)固態(tài)電子研究所教授沃爾特·M·韋伯（Walter M. Weber）說。“這意味著 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的方法對(duì)于可重構(gòu)計(jì)算和人工智能應(yīng)用來說非常有前景。”
研究團(tuán)隊(duì)于2021年首次展示了這些智能、可配置晶體管?，F(xiàn)在的突破在于，他們已經(jīng)證明所有基本邏輯電路都可以使用這些可重構(gòu)晶體管進(jìn)行組裝。另外，這些邏輯電路可以順利獲得重新配置部件而轉(zhuǎn)換成其他電路。韋伯說，他們制作的簡(jiǎn)單邏輯單元表明可以制造通用電路，并且可以在制造后定義它們的實(shí)際功能。
“在 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的可重構(gòu)器件（具有未摻雜的半導(dǎo)體通道）中， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 在每個(gè)金屬-半導(dǎo)體結(jié)頂部添加了額外的電極，即所謂的‘程序門’，以過濾掉不需要的電荷載流子類型， ”維也納工業(yè)大學(xué)在電子郵件回復(fù)中。“順利獲得半導(dǎo)體通道頂部的第二個(gè)電極，即所謂的‘控制柵極’，可以控制流經(jīng)器件的電流以打開和關(guān)閉晶體管（如經(jīng)典MOSFET中的那樣）?！?/p>
Wind解釋說，電場(chǎng)不會(huì)給晶體管增加熱量。然而，向每個(gè)晶體管添加額外的柵電極最終會(huì)占用空間。Wind寫道：“很可能無法將這些可重構(gòu)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (RFET) 做得像標(biāo)準(zhǔn)CMOS晶體管一樣小。” “因此，我認(rèn)為RFET不太可能消除對(duì)普通晶體管的需求，但它們可以共存并用于某些應(yīng)用或電路，這些應(yīng)用或電路可以從其靈活的可重新配置特性中獲益，從而減少晶體管數(shù)量、能源效率或性能”。
雖然RFET可能不像CMOS晶體管那么小，但晶體管的可重新配置特性意味著晶體管總數(shù)減少，同時(shí)仍保持相同的功能。晶體管數(shù)量的減少不僅節(jié)省了芯片空間，還有助于降低功耗并提高能源效率。例如，僅順利獲得切換單個(gè)晶體管或整個(gè)電路的極性，單個(gè)電路就可以具有多種不同的功能。
在用于神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的可重構(gòu)設(shè)備的其他工作中，維也納工業(yè)大學(xué)的最新設(shè)備不需要任何新的工藝或材料，如鈣鈦礦。新晶體管使用半導(dǎo)體行業(yè)的主要材料：硅和鍺。“ ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的方法與經(jīng)典基于晶體管的數(shù)字電路中使用的方法非常相似，因此可以直接在同一芯片上實(shí)現(xiàn)并擴(kuò)展其功能?！盬ind寫道。
盡管存在將額外的柵電極集成到晶體管等挑戰(zhàn)，但研究團(tuán)隊(duì)對(duì)其技術(shù)的潛力仍然持樂觀態(tài)度。Wind寫道：“下一步的重大舉措將是基于RFET的電路的大規(guī)模工業(yè)級(jí)制造。”
這項(xiàng)研究的意義超出了傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)。Wind表示，可重構(gòu)晶體管為硬件安全解決方案、模擬電路中的新穎應(yīng)用以及神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的進(jìn)步開辟了可能性，從而實(shí)現(xiàn)了自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)系統(tǒng)。
原文地址：http://spectrum.ieee.org/reconfigurable-transistor
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