In de halfgeleiderindustrie er is momenteel één hoofdstrategie om de snelheid en efficiëntie van apparaten te verbeteren:de afmetingen van het apparaat verkleinen om meer transistors op een computerchip te passen, volgens de wet van Moore. Echter, het aantal transistors op een computerchip kan niet voor altijd exponentieel toenemen, en dit motiveert onderzoekers om op zoek te gaan naar andere manieren om halfgeleidertechnologieën te verbeteren.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Nanotechnologie , een team van onderzoekers van het SUNY-Polytechnic Institute in Albany, New York, heeft gesuggereerd dat het combineren van meerdere functies in een enkel halfgeleiderapparaat de functionaliteit van het apparaat kan verbeteren en de fabricagecomplexiteit kan verminderen, daarmee een alternatief biedend voor het verkleinen van de afmetingen van het apparaat als de enige methode om de functionaliteit te verbeteren.

Laten zien, de onderzoekers ontwierpen en fabriceerden een herconfigureerbaar apparaat dat kan veranderen in drie fundamentele halfgeleiderapparaten:een pn-diode (die functioneert als een gelijkrichter, voor het omzetten van wisselstroom naar gelijkstroom), een MOSFET (voor schakelen), en een bipolaire junctietransistor (of BJT, voor stroomversterking).

"We zijn in staat om de drie belangrijkste halfgeleiderapparaten (pn-diode, MOSFET, en BJT) met behulp van een enkel herconfigureerbaar apparaat, " vertelde co-auteur Ji Ung Lee van het SUNY-Polytechnic Institute: Phys.org . "Hoewel deze apparaten afzonderlijk kunnen worden gefabriceerd in moderne faciliteiten voor de fabricage van halfgeleiders, vaak complexe integratieregelingen vereisen als ze moeten worden gecombineerd, we kunnen een enkel apparaat vormen dat de functies van alle drie de apparaten kan uitvoeren."

Het multifunctionele apparaat is gemaakt van tweedimensionaal wolfraamdiselenide (WSe ₂ ), een recent ontdekte overgangsmetaal dichalcogenide halfgeleider. Deze klasse van materialen is veelbelovend voor elektronische toepassingen omdat de bandgap afstembaar is door de dikte te regelen, en het is een directe bandgap in enkellaagse vorm. De bandgap is een van de voordelen van 2D-overgangsmetaaldichalcogeniden ten opzichte van grafeen, die nul bandgap heeft.

Om meerdere functies in één apparaat te integreren, de onderzoekers ontwikkelden een nieuwe dopingtechniek. Sinds WSe ₂ is zo'n nieuw materiaal, tot nu toe was er een gebrek aan dopingtechnieken. Door doping, konden de onderzoekers eigenschappen realiseren zoals ambipolaire geleiding, dat is het vermogen om zowel elektronen als gaten onder verschillende omstandigheden te geleiden. De dopingtechniek betekent ook dat alle drie de functionaliteiten oppervlaktegeleidende apparaten zijn, die een enkele, eenvoudige manier om hun prestaties te evalueren.

"In plaats van traditionele halfgeleiderfabricagetechnieken te gebruiken die alleen vaste apparaten kunnen vormen, we gebruiken poorten om te dopen, " zei Lee. "Deze poorten kunnen dynamisch veranderen welke dragers (elektronen of gaten) door de halfgeleider stromen. Deze mogelijkheid om te veranderen stelt het herconfigureerbare apparaat in staat om meerdere functies uit te voeren.

"Naast het implementeren van deze apparaten, het herconfigureerbare apparaat kan mogelijk bepaalde logische functies compacter en efficiënter implementeren. Dit komt omdat het toevoegen van poorten, zoals we hebben gedaan, kan het totale gebied besparen en efficiëntere computers mogelijk maken."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan de toepassingen van deze multifunctionele apparaten verder te onderzoeken.

"We hopen complexe computercircuits te bouwen met minder apparaatelementen dan die met het huidige halfgeleiderfabricageproces, "Zei Lee. "Dit zal de schaalbaarheid van ons apparaat voor het post-CMOS-tijdperk aantonen."

© 2017 Fys.org