La t eléctrica neuromórfica de doble capa más rápida

La tecnología se puede utilizar para desarrollar dispositivos de IA de vanguardia más rápidos y versátiles

Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Japón

imagen: Figura. (Izquierda) Diagrama esquemático del transistor eléctrico de doble capa desarrollado en este proyecto de investigación. (Derecha) Se logró una velocidad de operación neuromórfica significativamente mayor utilizando este transistor en comparación con los transistores eléctricos de doble capa existentes.ver más

Crédito: Instituto Nacional de Ciencia de Materiales Takashi Tsuchiya

1. Un equipo de investigación formado por NIMS y la Universidad de Ciencias de Tokio ha desarrollado el transistor eléctrico de doble capa más rápido utilizando una película delgada de cerámica altamente conductora de iones y una película delgada de diamante. Este transistor se puede utilizar para desarrollar dispositivos de inteligencia artificial de vanguardia de alta velocidad y eficiencia energética con una amplia gama de aplicaciones, incluida la predicción de eventos futuros y el reconocimiento/determinación de patrones en imágenes (incluido el reconocimiento facial), voces y olores.

2. Un transistor eléctrico de doble capa funciona como un interruptor utilizando cambios de resistencia eléctrica causados ​​por la carga y descarga de una doble capa eléctrica formada en la interfaz entre el electrolito y el semiconductor. Debido a que este transistor es capaz de imitar la respuesta eléctrica de las neuronas cerebrales humanas (es decir, actuar como un transistor neuromórfico), su uso en dispositivos de IA es potencialmente prometedor. Sin embargo, los transistores eléctricos de doble capa existentes tardan en cambiar entre estados de encendido y apagado. El tiempo de transición típico oscila entre varios cientos de microsegundos y 10 milisegundos. Por tanto, es deseable el desarrollo de transistores eléctricos de doble capa más rápidos.

3. Este equipo de investigación desarrolló un transistor eléctrico de doble capa depositando películas delgadas de cerámica (película delgada de circonio poroso estabilizada con itria) y de diamante con un alto grado de precisión utilizando un láser pulsado, formando una doble capa eléctrica en la interfaz cerámica/diamante. La fina película de circonio es capaz de adsorber grandes cantidades de agua en sus nanoporos y permitir que los iones de hidrógeno del agua migren fácilmente a través de ella, lo que permite que la doble capa eléctrica se cargue y descargue rápidamente. Este efecto eléctrico de doble capa permite que el transistor funcione muy rápidamente. De hecho, el equipo midió la velocidad a la que opera el transistor aplicándole voltaje pulsado y descubrió que funciona 8,5 veces más rápido que los transistores eléctricos de doble capa existentes, estableciendo un nuevo récord mundial. El equipo también confirmó la capacidad de este transistor para convertir formas de onda de entrada en muchas formas de onda de salida diferentes con precisión, un requisito previo para que los transistores sean compatibles con dispositivos de IA neuromórficos.

4. Este proyecto de investigación produjo una nueva tecnología de película delgada cerámica capaz de cargar y descargar rápidamente una doble capa eléctrica de varios nanómetros de espesor. Este es un logro importante en los esfuerzos por crear dispositivos asistidos por IA prácticos, de alta velocidad y energéticamente eficientes. Se espera que estos dispositivos, en combinación con varios sensores (por ejemplo, relojes inteligentes, cámaras de vigilancia y sensores de audio), ofrezcan herramientas útiles en diversas industrias, incluidas la medicina, la prevención de desastres, la fabricación y la seguridad.

5. Esta investigación se publicó en la edición del 16 de junio de 2023 de Materials Today Advances (DOI: 10.1016/j.mtadv.2023.100393).

Materiales hoy avances

10.1016/j.mtadv.2023.100393

Estudio experimental

No aplica

Conmutación ultrarrápida de un transistor eléctrico de doble capa de estado sólido con un conductor de protones de circonio poroso estabilizado con itria y la aplicación a la computación neuromórfica

16-jun-2023

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