即使是计算机上最复杂的数据处理也可以分解成小而简单的逻辑步骤:您可以将单个位加在一起，您可以反转逻辑状态，您可以使用“与”或“或”之类的组合。这样的操作是通过一组非常特殊的晶体管在计算机上实现的。这些集合然后形成更大的电路块来执行更复杂的数据操作。
然而，在未来，电子电路的设计可能看起来完全不同:多年来，人们一直在思考电子电路提供的可能性，这些电路不执行物理上固定的任务，但可以根据手头的任务灵活切换——这是一种新的重新编程，不是发生在软件层面，而是发生在基本的硬件层面:直接发生在晶体管上，电子电路的纳米级构建块。
这正是维也纳工业大学的一个研究小组现在已经实现的:他们已经开发出智能、可控的晶体管，并将它们组合成可以在不同任务之间可靠、快速地来回切换的电路。这意味着与以前相同的功能可以容纳在更少的芯片空间上。
这不仅节省了制造成本，还节省了能源，并实现了更高的计算速度。这项研究发表在《IEEE电子设备学报》上。
“在微电子学中，我们通常使用被故意污染的半导体，”维也纳工业大学固态电子学研究所的Walter M. Weber教授解释说。例如，这种材料就是硅，其中包含了某些外来原子。这就是所谓的兴奋剂。”
这些外来原子要么比周围的原子多一个电子;在这种情况下，额外的电子可以相对容易地在材料内部移动。或者它们少了一个电子，周围的电子可以移动进来;在这种情况下，电子在其他地方丢失了
——而不是电子，一个所谓的“空穴”在材料中移动:一个电子丢失的地方。
移动电子的电荷传输和移动空穴的电荷传输
在微电子学中都起着重要的作用。掺杂决定了电流在哪里和哪个方向可以流动，在哪里不能流动。这意味着传统晶体管的功能在制造过程中是固定的，不能再改变。然后用控制电极将流过晶体管的电流“接通”或“关闭”。
但还有另一种方法:维也纳工业大学近年来开发的晶体管不再含有任何掺杂材料。相反，材料中载流子的行为是由电场控制的:电荷通过一个额外的电极引入晶体管，电极决定了晶体管的行为。这就是所谓的“静电掺杂”。它取代了技术上非常复杂和昂贵的用外来原子掺杂的过程。
“与传统的半导体技术不同，特定电路的逻辑操作并不是从一开始就确定的。我们可以根据我们的要求重新配置电路的功能，”Masiar Sistani博士(也是维也纳大学固态电子学研究所)解释说。“例如，您可以使用我们的技术将两个非常紧凑的异或链路制成附加电路。使用传统技术，你必须为这些任务生产两种不同的电路，因此占用更多的芯片面积;有了我们的技术，两者都可以做到。”
为了实现最大的灵活性，必须开发出可以根据需要通过传输电子或传输空穴来操作的组件，并且具有相同的开关特性
-这是维也纳工业大学克服的一个主要挑战。
这意味着在相同的表面面积上可以容纳更多的功能
，这是芯片行业的决定性参数。“在今天的芯片中，你有不同的模块可以执行非常具体的任务，”Lukas Wind解释说(维也纳理工大学固态电子研究所的博士生)。
“你必须不断地将信息从一个区块发送到另一个区块。这需要时间和精力。”有了新的、更灵活的技术，同样的信息可以在一个地方以节约资源的方式有效地处理。
该团队于2021年推出了第一个智能、可配置的晶体管。然而，现在已经迈出了决定性的一步:他们能够证明所有基本的逻辑电路实际上都可以由它们组装起来
，并且可以通过重新配置组件将它们转换成其他电路。
该研究小组已经在与芯片行业的公司合作。“人们对此很感兴趣，”沃尔特·韦伯教授说。“当然，这是一个重要的步骤，不可能一天接一天地实施。但我们的方法不需要任何新材料或新工艺;我们使用硅和锗，这些材料今天也在使用。”
几十年来，微电子学的进步主要是基于单个元件的小型化。然而，最近，自然极限已经达到了
——最迟当你降到原子尺度时，进一步的小型化是不可能的。这就是为什么智能、可重构组件可能是智能、自学习甚至神经计算机系统的一个令人兴奋的选择，这些系统可以根据需求配置文件调整其功能，以便尽可能快速和节能地执行计算。
更多信息:Lukas Wind等，可重构Si场效应晶体管与对称on - state实现自适应互补和组合逻辑，IEEE电子器件学报(2024)。DOI: 10.1109/TED.2023.3346361由维也纳科技大学提供引用:可重构电子:更小的芯片面积上的更多功能(2024年，3月11日)检索自2024年3月11日https://techxplore.com/news/2024-03-reconfigurable-electronics-functionality-chip-area.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
