算机芯片使用两种不同的设备处理和存储信息。如果工程师们能把这些设备组合成一个，或者把它们放在一起，那么芯片上就会有更多的空间，使它更快更强大。

普渡大学的工程师们已经开发出一种方法，这种方法可以将数百万个用来处理信息的微型开关——称为晶体管——也可以将这些信息存储为一个设备。

这种方法，在《自然电子学》发表的一篇论文中详细阐述，通过解决另一个问题来实现这一点：将晶体管与比大多数计算机使用的性能更高的存储器技术（称为铁电存储器）相结合。

几十年来，研究人员一直试图将二者结合起来，但问题发生在铁电材料和硅之间的界面，硅是构成晶体管的半导体材料。相反，铁电RAM作为一个独立的片上单元工作，限制了它的潜力，使计算效率大大提高。

由叶培德（Peide-Ye）、李察J.和玛莉Jo施瓦兹（maryjoschwartz）领导的普渡大学电子与计算机工程教授组成的研究小组，发现了如何克服硅与铁电材料之间的宿敌关系。

“我们使用了一种具有铁电性质的半导体。这样两种材料就变成了一种材料，你不用担心界面问题，”叶说。

其结果是一种所谓的铁电半导体场效应晶体管，其制造方法与目前在计算机芯片上使用的晶体管相同。

这种材料，α-硒化铟，不仅具有铁电性质，还解决了传统铁电材料通常作为绝缘体而不是半导体的问题，因为所谓的“带隙”很宽，这意味着电不能通过，也不会进行计算。

硒化铟具有更小的带隙，使得这种材料成为半导体而不丧失铁电性质成为可能。

孟伟思是一名普渡大学电气与计算机工程博士后研究人员，他建造并测试了晶体管，发现它的性能与现有的铁电场效应晶体管相当，而且可以用更多的优化来超越晶体管。普渡大学电气与计算机工程助理教授、博士候选人阿塔努·萨哈（Atanu Saha）苏米特·古普塔（Sumeet Gupta）提供了建模支持。

Si和Ye的团队还与佐治亚理工学院的研究人员合作，将α-铟硒化物构建到一个叫做铁电隧道结的芯片上，工程师们可以利用这个结来增强芯片的性能。该团队于12月9日在2019年IEEE国际电子设备会议上介绍了这项工作。

在过去，研究人员无法建立一个高性能的铁电隧道结，因为它的宽频带隙使材料太厚，电流无法通过。由于α-硒化铟的带隙小得多，这种材料只有10纳米厚，可以让更多的电流流过。

更多的电流可以使器件面积缩小到几纳米，从而使芯片更密集、更节能。一种更薄的材料——甚至可以厚到原子层——也意味着隧道结两边的电极可以小得多，这将有助于构建模拟人脑网络的电路。

这项研究是在普渡探索公园伯克纳米技术中心进行的，得到了国家科学基金会、空军科学研究办公室、半导体研究公司、国防高级研究项目局和美国海军研究办公室的支持。

<本文摘译自 sciencedaily>