Совместная исследовательская группа в Японии, состоящая из специалистов Национального института материаловедения (NIMS) и Токийского университета, разработала самый быстрый в мире двухслойный транзистор, способный имитировать электрический отклик нейронов головного мозга человека. Об этом сообщает веб-ресурс Semiconductor Digest. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Транзистор с двойным электрическим слоем – наиболее перспективное решение в современной полупроводниковой технологии. Такой транзистор работает как переключатель, используя изменения электрического сопротивления, вызванные зарядом и разрядом двойного электрического слоя, образованного на границе между электролитом и полупроводником.
Подобный тип транзистора способен имитировать электрический отклик нейронов головного мозга человека (т. е. действовать как нейроморфный транзистор). Поэтому его использование в устройствах, связанных с применением искусственного интеллекта (ИИ), считается наиболее многообещающим.
Однако существующие двухслойные электрические транзисторы, как правило, весьма медленно переключаются между состояниями «включено» и «выключено». Типичное время перехода составляет от нескольких сотен микросекунд до 10 миллисекунд. Таким образом, разработка более быстрых транзисторов с двойным электрическим слоем является крайне актуальной задачей.
Исследовательская группа из Японии под эгидой NIMS смогла разработать двухслойный нейроморфный транзистор путем осаждения двух типов тонкопленочных материалов – керамических (тонкая пленка из пористого оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия) и алмазных. Техпроцесс с использованием импульсного лазера позволил добиться осаждения с высокой степенью точности, в конечном итоге образуя двойной электрический слой на границе раздела «керамика/алмаз».
Тонкая пленка диоксида циркония способна адсорбировать большое количество воды в свои нанопоры и позволяет ионам водорода из воды легко мигрировать через нее, обеспечивая быструю зарядку и разрядку двойного электрического слоя. Этот эффект двойного электрического слоя позволяет транзистору работать очень быстро.
Исследовательская группа NIMS измерила фактическую скорость, с которой работает новый транзистор, подав на него импульсное напряжение, и обнаружила, что его быстродействие в 8,5 раз выше, чем у самых быстрых из существующих электрических двухслойных транзисторов, установив тем самым новый мировой рекорд.
Японские разработчики также подтвердили способность своего нового транзистора с точностью преобразовывать входные сигналы во множество различных выходных сигналов – что является необходимым условием совместимости транзисторов с нейроморфными устройствами, рассчитанными для работы с ИИ.
В рамках данного исследовательского проекта, помимо самого транзистора, была разработана и новая технология тонкопленочной керамики, способная быстро заряжать и разряжать двойной электрический слой толщиной в несколько нанометров.
«Это большое достижение в усилиях по созданию практичных, высокоскоростных и энергоэффективных устройств с искусственным интеллектом. Ожидается, что такие устройства в сочетании с различными датчиками (например, смарт-часами, камерами наблюдения и аудиодатчиками) обеспечат новые эффективные инструменты в различных отраслях, включая медицину, предотвращение стихийных бедствий, производство и сфера безопасности», – подчеркивается в пресс-релизе NIMS.