Одна из основных проблем полупроводниковой индустрии — интеграция все большего числа функций в микросхемы при сохранении компактных размеров. Обычно добавление новых возможностей требует увеличения количества транзисторов и усложнения схем. Кроме того, при доработке уже готовых чипов технологический процесс (BEOL) должен проходить при температуре ниже 400 °C, чтобы не повредить существующую структуру.
Авторы работы сконцентрировались на комбинации оксида цинка (ZnO) и теллура (Te). Оба материала можно наносить тонкими равномерными пленками при температуре ниже 200 °C, что делает их перспективными для полупроводников следующего поколения. На их основе был создан гетеропереходный транзистор ZnO–Te.
Главная особенность устройства — способность менять силу тока особым образом. В отличие от обычных полупроводников, где ток растет с увеличением напряжения, в этом элементе наблюдается эффект отрицательной дифференциальной крутизны (NDT): ток снижается в определенном диапазоне напряжений. Ученым удалось реализовать двойную отрицательную дифференциальную крутизну (D-NDT), когда такой спад происходит дважды подряд в одном устройстве.
Это позволяет одному транзистору выполнять задачи, которые раньше требовали нескольких компонентов, снижая сложность схемы. В частности, с помощью D-NDT команда реализовала четырехполюсник, преобразующий один входной сигнал в четыре выходных. Обычно для этого нужно несколько транзисторов, а новый подход сокращает их необходимое количество на 75%. В экспериментах с реальными цепями также подтверждено четырехкратное увеличение скорости обработки данных за один цикл входного сигнала.
По словам ученых, исследование демонстрирует возможность реализации сложных схемных функций на уровне одного устройства. Технология может найти широкое применение при создании сверхкомпактных устройств для искусственного интеллекта и трехмерных интегральных систем с высокой плотностью компоновки.