Блог

Jul 25, 2023

Быстрый нейроморфный электрический двухслойный транзистор предназначен для искусственного интеллекта...

Этот транзистор может быть использован для разработки энергоэффективных и высокоскоростных периферийных устройств искусственного интеллекта с широким спектром применений, включая прогнозирование будущих событий и распознавание/определение образов в изображениях.

Этот транзистор может быть использован для разработки энергоэффективных и высокоскоростных периферийных устройств искусственного интеллекта с широким спектром приложений, включая прогнозирование будущих событий и распознавание/определение образов в изображениях (например, распознавание лиц), голосах и запахах.

Транзистор с двойным электрическим слоем работает как переключатель, используя изменения электрического сопротивления, вызванные зарядом и разрядом двойного электрического слоя, образующегося на границе между электролитом и полупроводником. Поскольку этот транзистор способен имитировать электрический отклик нейронов головного мозга человека (т.е. действовать как нейроморфный транзистор), его использование в устройствах искусственного интеллекта потенциально многообещающе. Однако существующие двухслойные электрические транзисторы медленно переключаются между включенным и выключенным состояниями. Типичное время перехода составляет от нескольких сотен микросекунд до 10 миллисекунд. Поэтому желательна разработка более быстрых электрических двухслойных транзисторов.

Исследовательская группа разработала двухслойный электрический транзистор путем нанесения керамики (тонкая пленка из пористого диоксида циркония, стабилизированного иттрием) и тонких алмазных пленок с высокой степенью точности с помощью импульсного лазера, образуя двойной электрический слой на границе раздела керамика/алмаз. Тонкая пленка диоксида циркония способна адсорбировать большое количество воды в свои нанопоры и позволяет ионам водорода из воды легко мигрировать через нее, позволяя быстро заряжать и разряжать двойной электрический 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, чем существующие электрические двухслойные транзисторы, установив новый мировой рекорд. Команда также подтвердила способность этого транзистора с точностью преобразовывать входные сигналы во множество различных выходных сигналов — необходимое условие для совместимости транзисторов с нейроморфными устройствами искусственного интеллекта.

В результате исследовательского проекта была создана новая технология тонких керамических пленок, способная быстро заряжать и разряжать двойной электрический слой толщиной в несколько нанометров. Это большое 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 аудиодатчиками) станут полезными инструментами в различных отраслях, включая медицину, предотвращение стихийных бедствий, производство и безопасность.

Изображение: (слева) Принципиальная схема двухслойного электрического транзистора, разработанного в рамках этого исследовательского проекта. (Справа) С использованием этого транзистора была достигнута значительно более высокая скорость нейроморфной работы по сравнению с существующими двухслойными электрическими транзисторами. Кредит Национального института материаловедения Такаши Цучия.

Исследование было опубликовано в журнале Materials Today Advances: https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2023.100393.