晶片製造商面臨著艱難的平衡挑戰。消費者希望獲得具備更快人工智能功能的智能設備，但同時也期望這些設備能夠保持小巧、冷卻和節能。工程師們現在在手錶、耳機和緊湊型感應器中集成的計算能力，已經超過幾十年前整台電腦的處理能力。南韓的一個研究團隊相信他們找到了一種方法來減輕這一壓力。POSTECH（浦項科技大學）的科學家們開發了一種半導體設備，能夠獨立執行多個電路操作。
這種設計有可能簡化未來的晶片，同時為基於人工智能的電子產品提供更快的處理速度。
重新思考晶體管設計的研究專注於減少現代晶片所需的組件數量。大多數半導體系統將計算任務分配到多個晶體管和電路上。隨著設備變得越來越先進，這一複雜性也不斷增長。李炳勳教授和全在賢博士領導了這一新方法的研究團隊。研究人員並未增加更多組件，而是重新設計了晶體管本身，使其能夠同時處理多個功能。團隊使用氧化鋅和碲來創建這一設備，這兩種材料能夠在相對較低的温度下形成薄的半導體薄膜。
這一特性為製造商在現有晶片上堆疊額外電路提供了更大的靈活性。現代半導體生產在後續製造階段限制熱曝光，因為過高的温度會損壞先前建造的結構。因此，能在約 392 華氏度（約 200 攝氏度）以下工作的材料，可能會成為下一代晶片封裝的寶貴資源。
POSTECH 的新型半導體設備有助於提升電路性能
該晶體管的行為也與傳統的半導體設備不同。在大多數晶片中，隨著電壓上升，電流會穩定增加。然而，POSTECH 設備則不遵循這一模式。研究人員設計了該晶體管來創造負微分跨導（NDT）狀態。在這一狀態下，電流在電壓繼續上升的同時暫時下降。團隊隨後實現了雙重 NDT 效應，即在同一設備內，電流下降發生兩次。這一不尋常的行為賦予了晶體管更大的信號處理靈活性。這一效應取決於氧化鋅和碲層在結構內的重疊程度。
較小的重疊會產生一次電流過渡，而較大的重疊則會同時產生橫向和縱向的電流運動。這一互動產生了兩個電流峯值，使得晶體管能夠獨立處理更先進的電路功能。
為了展示這一設計，研究人員建造了一個頻率四倍增器。該電路將一個進入信號轉換為四個輸出信號。傳統的半導體佈局通常需要多個晶體管來執行這一操作，而 POSTECH 的設計則僅使用一個晶體管便完成了任務。研究人員表示，這一方法減少了 75%的晶體管需求。電路測試還顯示，在單個信號循環中，數據處理速度提高了四倍。研究人員相信，這項技術有助於驅動緊湊型人工智能硬件、可穿戴電子產品以及密集堆疊的三維晶片系統。
李教授表示：「這項研究展示了在單一設備層面實現複雜電路功能的可能性。」南韓科學技術部及國家研究基金會資助了這項研究，該研究發表在《先進功能材料》期刊上。
