中国科学家发明新的单晶体管逻辑结构

转载: 新华社 2019-06-04
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6月3日,复旦大学微电子学院教授张卫、周鹏团队部分成员在实验室内合影。近日,复旦大学科研团队在集成电路基础研究领域取得一项突破。他们发明了让单晶体管“一个人干两个人的活”的新逻辑结构,使晶体管面积缩小50%,存储计算的同步性也进一步提升。如果成功产业化,将推动集成电路向更轻、更快、更小、功耗更低方向发展。相关研究成果已在线发表于《自然·纳米技术》。

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965年,英特尔联合创始人戈登·摩尔提出摩尔定律,意指集成电路上可容纳的元器件数量每隔18至24个月就会增加一倍,性能也将提升一倍。

根据这一速度计算,过去是每5年增长10倍,每10年增长100倍。如今每年只能增长几个百分点,每10年可能只有2倍。在这一业内关注的“后摩尔时代”,复旦大学微电子学院教授周鹏、张卫、曾晓洋携团队与计算机学院教授姜育刚展开合作,发现了新材料在集成电路中的更优应用方案,解决了如何用新材料、新原理和新架构继续延展摩尔定律的难题,实现了电路逻辑结构从无到有的创新。

周鹏说我们这项研究工作的核心内容是利用原子晶体硫化钼做出新结构晶体管。在此基础上,团队发明单晶体管逻辑结构的新原理,对原子晶体材料具有普适性。”

研究团队采用与硅工艺兼容的双栅作为逻辑输入端,通过对创新引入双导电通道加以独立控制,在单晶体管上实现逻辑运算的“与”和“或”。“与”和“或”是构成计算系统的最基本逻辑单元。这一研究工作在逻辑水平上缩小了50%面积,有效降低成本“原先需要两个独立的晶体管才能实现逻辑功能,现在只要一个晶体管,相当于一个人干两个人的活。”

研究还发现了可层数调控的晶体管逻辑特性,并提供光切换逻辑功能选项。周鹏说:“简单来说,可光控逻辑相当于我们给逻辑做一个光控开关,有光照射时可能是‘或’逻辑,那么我们撤掉光线的话就会切换成‘与’逻辑。反过来也是可以的。”

研究证明,这一逻辑结构对原子晶体材料具有通用性,不仅适用于研究中已验证的硫化钼,其它具有原子晶体属性的材料均可利用此架构实现可调控的逻辑功能。存算一体突破现有架构限制。

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