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隨著人工智能、物聯網、邊緣計算等新興電子應用產業的蓬勃發展，對信息高效處理的需求愈發迫切，南京大學物理學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，實現數字和類腦電路的減負，有利于推進未來芯片小型化與高速化的發展。相關研究成果發表在《自然—電子學》。 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型場效應器件具有單一的電學特性，一旦制備成功，其場效應特性再無法通過電學操作實現動態轉換。只有通過耗費大量的晶體管資源構建復雜的電路結構，才能在電路層面實現可重構的計算能力。因此，工業界和學術界亟須尋找全新的電子技術來構建能夠滿足未來發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可調的二維同質結器件，該可調同質結器件（ETH）總共會表現出23種電流開關狀態，實現包括P型場效應晶體管、N型場效應晶體管、正偏二極管、反偏二極管等多種開關功能。 
△二硒化鎢晶體與結構示意圖 將2個ETH器件進行串聯，可以構建一個基本邏輯單元，通過對3個邏輯單元進行級聯（共6個ETH器件），研究人員設計和實現了一種可重構邏輯電路。通過重構信號輸入方式，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，需要耗費28個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，且輸出信號質量與工作頻率不遜于傳統硅基技術。 除了構建可重構的邏輯電路之外，研究人員還將ETH器件應用到神經形態電路方面，利用3個EHT器件和一個電容元件設計可重構的突觸電路，實現了對生物突觸的時間脈沖依賴可塑性功能的模擬，以及對赫布學習規則和反赫布學習規則的模擬。而傳統硅基場效應晶體管的器件需要耗費大量的資源（超過10個晶體管）才能實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腦芯片的集成密度。 繆峰介紹，研究團隊通過二硒化鎢設計的可調同質結器件，可以在確保器件與電路都具有可重構功能的同時，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，有望為物聯網、邊緣計算、人工智能等應用的快速發展提供助力。 中鎢在線科技有限公司 |
