隨著人工智能（AI）終端和可穿戴設(shè)備不斷向小型化發(fā)展，如何在有限空間內(nèi)集成更多功能成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。據(jù)最新一期《先進(jìn)功能材料》雜志報(bào)道，韓國浦項(xiàng)科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種具有“多任務(wù)處理”能力的新型晶體管，可讓單個(gè)半導(dǎo)體器件同時(shí)執(zhí)行多種電路功能。與傳統(tǒng)方案相比，該技術(shù)可將所需晶體管數(shù)量減少75%，并將數(shù)據(jù)處理速度提升4倍。

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在更小的芯片中集成更多功能。隨著功能的增加，所需的電路和晶體管數(shù)量也會(huì)隨之上升。然而，在已經(jīng)制造完成的芯片上增加新功能時(shí)，為避免損壞既有結(jié)構(gòu)，后道工藝（BEOL）的加工溫度通常必須控制在400℃以下，這對(duì)新型半導(dǎo)體器件開發(fā)提出了更高要求。

研究團(tuán)隊(duì)將目光投向了氧化鋅（ZnO）和碲（Te）兩種材料。這兩種材料都可以在200℃以下制備成均勻的薄膜，因此被視為下一代半導(dǎo)體材料的潛在候選者。研究人員通過將二者結(jié)合，制備出一種氧化鋅—碲異質(zhì)結(jié)晶體管。

這種器件對(duì)電流的控制方式十分獨(dú)特。傳統(tǒng)半導(dǎo)體中，電流通常會(huì)隨著電壓升高而增加；而該器件則表現(xiàn)出“負(fù)微分跨導(dǎo)”（NDT）特性，即在特定電壓區(qū)間內(nèi)，電流反而會(huì)下降。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了“雙重負(fù)微分跨導(dǎo)”（D-NDT）現(xiàn)象，使這種電流變化過程在同一器件中連續(xù)出現(xiàn)兩次。簡單來說，這意味著原本需要多個(gè)器件協(xié)同完成的任務(wù)，現(xiàn)在可以由單個(gè)器件承擔(dān)，從而大幅降低電路復(fù)雜度。

這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵就在于對(duì)兩種材料重疊長度的精確控制。當(dāng)重疊區(qū)域較短時(shí)，電流只發(fā)生一次變化；而隨著重疊區(qū)域增加，器件內(nèi)部會(huì)同時(shí)形成橫向和縱向電流通道，從而產(chǎn)生兩個(gè)電流峰值。就像原本只能沿直線行駛的車輛，在進(jìn)入立交橋后擁有更多行駛路徑一樣，這種結(jié)構(gòu)使器件具備了更復(fù)雜的信號(hào)處理能力。

利用這一器件，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出一種“四倍頻器”，能夠?qū)⒁粋€(gè)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為4倍頻率的輸出信號(hào)。傳統(tǒng)情況下，實(shí)現(xiàn)這一功能往往需要多個(gè)晶體管，而新技術(shù)僅憑單個(gè)器件即可完成，使所需晶體管數(shù)量減少75%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)，該器件的數(shù)據(jù)處理速度提高了4倍。