Исследовательская группа разрабатывает самый быстрый нейроморфный электрический двухслойный транзистор

Исследовательская группа, состоящая из Национального института материаловедения (NIMS) и Токийского университета науки, разработала самый быстрый электрический двухслойный транзистор, используя керамическую тонкую пленку с высокой ионопроводимостью и алмазную тонкую пленку.

Этот транзистор может быть использован для разработки энергоэффективных высокоскоростных устройств искусственного интеллекта с широким спектром применений, включая предсказание будущих событий и распознавание образов / определение по изображениям (включая распознавание лиц), голосам и запахам. Это исследование было опубликовано в выпуске Materials Today Advances от 16 июня 2023 года.

Электрический двухслойный транзистор работает как переключатель, используя изменения электрического сопротивления, вызванные зарядом и разрядом двойного электрического слоя, образованного на границе раздела между электролитом и полупроводником. Поскольку этот транзистор способен имитировать электрическую реакцию нейронов головного мозга человека (т.е. действует как нейроморфный транзистор), его использование в устройствах искусственного интеллекта потенциально многообещающе.

Однако существующие электрические двухслойные транзисторы медленно переключаются между включенным и выключенным состояниями. Типичное время перехода составляет от нескольких сотен микросекунд до 10 миллисекунд. Поэтому желательно разработать более быстрые электрические двухслойные транзисторы.

Эта исследовательская группа разработала электрический двухслойный транзистор путем нанесения керамических (стабилизированных иттрием тонких пленок из пористого циркония) и алмазных тонких пленок с высокой степенью точности с помощью импульсного лазера, формируя двойной электрический слой на границе раздела керамика / алмаз.

Тонкая пленка диоксида циркония способна адсорбировать большое количество воды в своих нанопорах и позволяет ионам водорода из воды легко мигрировать через нее, позволяя быстро заряжать и разряжать электрический двойной слой. Этот эффект двойного электрического слоя позволяет транзистору работать очень быстро.

Команда фактически измерила скорость, с которой работает транзистор, подав на него импульсное напряжение, и обнаружила, что он работает в 8,5 раз быстрее существующих электрических двухслойных транзисторов, установив новый мировой рекорд. Команда также подтвердила способность этого транзистора с высокой точностью преобразовывать входные сигналы во множество различных выходных сигналов — необходимое условие совместимости транзисторов с нейроморфными устройствами искусственного интеллекта.

В рамках этого исследовательского проекта была разработана новая керамическая тонкопленочная технология, способная быстро заряжать и разряжать двойной электрический слой толщиной в несколько нанометров. Это крупное достижение в усилиях по созданию практичных, высокоскоростных и энергоэффективных устройств с поддержкой искусственного интеллекта. Ожидается, что эти устройства в сочетании с различными датчиками (например, умными часами, камерами наблюдения и аудиосенсорами) станут полезными инструментами в различных отраслях промышленности, включая медицину, предотвращение стихийных бедствий, производство и безопасность.