新型晶体管能同时执行多重电路功能

随着人工智能（AI）终端和可穿戴设备不断向小型化发展，如何在有限空间内集成更多功能成为半导体领域的重要挑战。据最新一期《先进功能材料》杂志报道，韩国浦项科技大学研究团队开发出一种具有“多任务处理”能力的新型晶体管，可让单个半导体器件同时执行多种电路功能。与传统方案相比，该技术可将所需晶体管数量减少75%，并将数据处理速度提升4倍。

ZnO-Te异质结器件的结构以及双NDT（D-NDT）特性，通过控制几何重叠长度，可在单个器件内产生双电流峰。图片来源：浦项科技大学

在半导体产业中，一个关键挑战是在更小的芯片中集成更多功能。随着功能的增加，所需的电路和晶体管数量也会随之上升。然而，在已经制造完成的芯片上增加新功能时，为避免损坏既有结构，后道工艺的加工温度通常必须控制在400℃以下，这对新型半导体器件开发提出了更高要求。

研究团队将目光投向了氧化锌和碲两种材料。这两种材料都可以在200℃以下制备成均匀的薄膜，因此被视为下一代半导体材料的潜在候选者。研究人员通过将二者结合，制备出一种氧化锌—碲异质结晶体管。

这种器件对电流的控制方式十分独特。传统半导体中，电流通常会随着电压升高而增加；而该器件则表现出“负微分跨导”特性，即在特定电压区间内，电流反而会下降。

研究团队进一步实现了“双重负微分跨导”现象，使这种电流变化过程在同一器件中连续出现两次。简单来说，这意味着原本需要多个器件协同完成的任务，现在可以由单个器件承担，从而大幅降低电路复杂度。

这项技术的关键就在于对两种材料重叠长度的精确控制。当重叠区域较短时，电流只发生一次变化；而随着重叠区域增加，器件内部会同时形成横向和纵向电流通道，从而产生两个电流峰值。就像原本只能沿直线行驶的车辆，在进入立交桥后拥有更多行驶路径一样，这种结构使器件具备了更复杂的信号处理能力。

利用这一器件，团队构建出一种“四倍频器”，能够将一个输入信号转换为4倍频率的输出信号。传统情况下，实现这一功能往往需要多个晶体管，而新技术仅凭单个器件即可完成，使所需晶体管数量减少75%。实验结果表明，在一个输入信号周期内，该器件的数据处理速度提高了4倍。