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湖南大学:基于2D的范德华异质结构,可用于晶体管及存储器

2022-12-09 13:48:21 湖南大学 阅读:
电子工程研究的一个关键目标是开发高性能和高能效的计算设备,这意味着它们可以快速计算信息,同时消耗很少的能量。一种可能的方法是将执行逻辑操作的单元和存储组件组合到一个设备中。

到目前为止,大多数计算设备都是由一个处理单元和一个物理上独立的内存组件组成的。创建一种可以有效执行这两种功能的设备(称为内存中逻辑架构)可以帮助显着简化设备并降低其功耗。4oCednc

虽然目前提出的一些逻辑内存架构取得了可喜的成果,但大多数现有解决方案都存在实际限制。例如,已发现某些设备不稳定、不可靠或仅适用于特定用例。4oCednc

湖南大学的研究人员最近开发了一种基于二维范德华异质结构的新型可重构内存逻辑架构,该结构由通过弱范德华相互作用结合在一起的孤立原子层组成。他们在Nature Electronics上发表的一篇论文中介绍,它既可以作为可重构晶体管(即可以调节、切换和放大电信号的设备),也可以作为可重构存储器组件。4oCednc

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“我们报告了一种二维范德瓦尔斯异质结构器件,它既可以用作可重构晶体管,也可以用作可重构非易失性存储器,并提供可重构逻辑内存功能,”Xingxia Sun、Chenguang Zhu、Jiali Yi 及其同事在他们的论文中写道。“该设备的架构——称为部分浮栅场效应晶体管——提供电荷捕获和场调节单元。”4oCednc

Sun 和她的同事创建的逻辑内存设备被称为部分浮栅场效应晶体管 (PFGFET)。它是使用石墨烯(充当所谓的浮栅)、六方氮化硼(hBN) 和二硒化钨 (WSe 2 ) 制造的。4oCednc

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研究人员创建的 PFGFET 的结构示意图,它由石墨烯(紫红色,部分浮栅)、六方氮化硼(绿色和紫色)​​和二硒化钨(红色和蓝色,通道)制成。PFGFET 可以充当具有正向和反向传输特性的存储器以及晶体管。该器件具有源电极 (S) 和漏电极 (D),并由器件的两个端子控制:控制栅极 (CG) 和顶栅极 (TG)。图片来源:Sun 等人,Nature Electronics (2022)。4oCednc

由于其独特的设计,该设备可以很容易地重新配置和切换以执行存储器或晶体管功能。在最初的测试中,研究人员表明它在这两个功能上都表现出色。4oCednc

“当作为晶体管运行时,该器件可以在 p 型和 n 型模式之间切换,并表现出 64 mV dec –1的亚阈值摆幅和接近 10 8的开/关电流比,”Sun、Zhu、Yi 和他们的同事在他们的论文中写道。“当作为存储器运行时,该设备可以在 p 型和 n 型存储器之间切换,并表现出接近 10 8的擦除/编程比率。”4oCednc

未来,该研究团队提出的新逻辑输入内存架构可用于创建各种高性能电子设备,显着降低其功耗。到目前为止,Sun 和她的同事成功地使用他们创建的 PFGFET 来制造门以执行线性和非线性二元运算,但它们最终可以应用于更广泛的计算和运算模式。4oCednc

研究人员在他们的论文中解释说:“我们使用这些设备来制造互补金属氧化物半导体电路,以及具有原位存储的线性和非线性逻辑门,以及设备高效的半加器电路。”4oCednc

责编:Demi
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