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隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等新興電子應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)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(tuán)隊(duì)利用二維層狀半導(dǎo)體材料二硒化鎢，成功打造二維可重構(gòu)器件，實(shí)現(xiàn)數(shù)字和類(lèi)腦電路的減負(fù)，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(gòu)電路是基于傳統(tǒng)的硅基電路，其中的P型或N型場(chǎng)效應(yīng)器件具有單一的電學(xué)特性，一旦制備成功，其場(chǎng)效應(yīng)特性再無(wú)法通過(guò)電學(xué)操作實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。只有通過(guò)耗費(fèi)大量的晶體管資源構(gòu)建復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，才能在電路層面實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)的計(jì)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(gòu)建能夠滿(mǎn)足未來(lái)發(fā)展需求的可重構(gòu)電路。 研究團(tuán)隊(duì)利用二維層狀半導(dǎo)體材料二硒化鎢的雙極性場(chǎng)效應(yīng)特性和可變的漏端電壓極性，設(shè)計(jì)出一種具有分立柵結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)可調(diào)的二維同質(zhì)結(jié)器件，該可調(diào)同質(zhì)結(jié)器件（ETH）總共會(huì)表現(xiàn)出23種電流開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)包括P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、N型場(chǎng)效應(yīng)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(jié)構(gòu)示意圖 將2個(gè)ETH器件進(jìn)行串聯(lián)，可以構(gòu)建一個(gè)基本邏輯單元，通過(guò)對(duì)3個(gè)邏輯單元進(jìn)行級(jí)聯(lián)（共6個(gè)ETH器件），研究人員設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種可重構(gòu)邏輯電路。通過(guò)重構(gòu)信號(hào)輸入方式，該電路能執(zhí)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(tǒng)硅基互補(bǔ)邏輯技術(shù)，需要耗費(fèi)28個(gè)晶體管才能構(gòu)建出可執(zhí)行加法器邏輯功能的電路。而基于ETH器件設(shè)計(jì)的可重構(gòu)邏輯電路，不僅能大幅節(jié)省晶體管資源，且輸出信號(hào)質(zhì)量與工作頻率不遜于傳統(tǒng)硅基技術(shù)。 除了構(gòu)建可重構(gòu)的邏輯電路之外，研究人員還將ETH器件應(yīng)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(shè)計(jì)可重構(gòu)的突觸電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物突觸的時(shí)間脈沖依賴(lài)可塑性功能的模擬，以及對(duì)赫布學(xué)習(xí)規(guī)則和反赫布學(xué)習(xí)規(guī)則的模擬。而傳統(tǒng)硅基場(chǎng)效應(yīng)晶體管的器件需要耗費(fèi)大量的資源（超過(guò)10個(gè)晶體管）才能實(shí)現(xiàn)模擬生物突觸功能的電路，這在很大程度上限制了傳統(tǒng)類(lèi)腦芯片的集成密度。 繆峰介紹，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)二硒化鎢設(shè)計(jì)的可調(diào)同質(zhì)結(jié)器件，可以在確保器件與電路都具有可重構(gòu)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(jì)算、人工智能等應(yīng)用的快速發(fā)展提供助力。 中鎢在線科技有限公司 |
