La mejora continua de circuitos y componentes electrónicos es vital para el desarrollo de nuevas tecnologías con capacidades mejoradas y características únicas.En los últimos años, la mayoría de los ingenieros electrónicos se han centrado específicamente en reducir el tamaño de los transistores, manteniendo al mismo tiempo un bajo consumo de energía.

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing introdujeron recientemente una nueva arquitectura pseudo-CMOS basada en transistores de disulfuro de molibdeno polarizados automáticamente.Esta arquitectura, descrita enElectrónica de la naturaleza, podría usarse para crear inversores, circuitos de compuerta y otros componentes de dispositivos de alto rendimiento.

"El desarrollo de circuitos integrados (CI) para computación eficiente con baja potencia es un tema candente a nivel mundial y un foco de competencia internacional en campos de vanguardia", dijo a Tech Xplore Zheng Zhang, coautor del artículo.

"Los materiales bidimensionales (2D), como el disulfuro de molibdeno monocapa (MoS2_{), tienen estructuras estables que pueden superar el límite físico de las dimensiones de reducción de escala, excelentes propiedades de efecto de campo e inmunidad a los efectos de canal corto, lo que los convierte en uno de los materiales de canal más prometedores para circuitos integrados de baja potencia".}A pesar de su estructura ventajosa, se ha descubierto que los materiales 2D alineados con diseños de circuitos convencionales basados ​​en silicio (es decir, CMOS y NMOS) presentan limitaciones significativas.

Específicamente, el control limitado de la polaridad de su estructura atómicamente delgada plantea desafíos para aprovechar su potencial en los diseños de transistores.

Zhang y sus colegas se propusieron diseñar una arquitectura pseudo-CMOS alternativa para computación lógica de consumo ultrabajo utilizando materiales 2D.Su esperanza era abrir nuevas vías para el desarrollo de futuros circuitos integrados.

"Nuestros dispositivos lógicos pseudo-CMOS se implementan conectando transistores polarizados automáticamente (SBT) como carga y transistores de efecto de campo tipo n (n-FET) como controlador en serie", explicó Zhang."El SBT homogéneo con una barrera de separación puede cortar oportunamente la ruta de corriente (menos de 1 pA) del dispositivo cuando el n-FET está encendido, logrando así una potencia estática a nivel de picovatios, que es sólo alrededor del 1% y el 0,3% de laDispositivo lógico CMOS y NMOS, respectivamente."

Al combinar diseños de lógica de paso de transistor (PTL), se descubrió que la nueva arquitectura introducida por los investigadores reduce la cantidad de transistores en los circuitos en un 80% en comparación con las arquitecturas de circuitos integrados convencionales.En contraste con la electrónica basada en materiales CMOS y NMOS 2D introducida anteriormente, la arquitectura del equipo elude el control de polaridad de los transistores, reduciendo en gran medida su potencia estática.

"La implementación de funciones booleanas generales (es decir, puertas XOR, AND, OR, NAND, NOR y NOT) basadas en arquitectura pseudo-CMOS abre un camino escalable hacia circuitos integrados de bajo consumo basados ​​en materiales 2D", dijo Zhang."Nuestros hallazgos resuelven el desafío clave de que los materiales 2D no pueden restringir de manera efectiva el rápido aumento de la energía estática debido a la tecnología de control de polaridad limitada".

La arquitectura introducida por Zhang y sus colegas podría servir de inspiración para otros grupos de investigación, lo que podría conducir a la creación de nuevos dispositivos electrónicos conbajo consumo de energíay velocidades de operación rápidas.Los investigadores ya utilizaron su diseño para crear prototipos de inversores y circuitos de compuerta para computación lógica de subpicovatios, y ambos lograron resultados muy prometedores.

"En el trabajo futuro, planeamos desarrollar circuitos integrados a gran escala con esta tecnología, incluidos varios circuitos combinados complejos y circuitos secuenciales basados ​​en una arquitectura pseudo-CMOS", añadió Zhang."Esto podría permitir la implementación de prácticamente cualquier circuito integrado digital para promover la aplicación industrial de materiales 2D".

© 2024 Red Ciencia X