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双输入端nand们 日本科研团队介绍具有五种逻辑门状态的有机双栅极反双晶体管
发布时间 : 2024-11-23
作者 : 小编
访问数量 : 23
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日本科研团队介绍具有五种逻辑门状态的有机双栅极反双晶体管

在 2022 年 2 月 10 日发表于《先进材料》期刊上的一篇文章中,日本国立材料研究所(NIMS)和东京理科大学的研究人员,详细介绍了其成功开发的新型“有机反双极”晶体管。 据悉,这种轻量级晶体管能够通过调节执行五种逻辑门(AND、OR、NAND、NOR、XOR)操作中的任何一种双栅极的输入电压,而适用于开发“电可重构”型逻辑电路。

研究配图 - 1:器件结构 / 光学显微图像

SCI Tech Daily 指出:随着物联网(IoT)走入寻常千万家,边缘计算设备的数据处理量也迎来了激增。

这意味着芯片行业需要更加轻量级、高性能的移动数据处理设备,而得益于能够使用单个晶体管来构建多个逻辑电路,未来我们或开发出基于有机双反极晶体管的高性能移动设备。

研究配图 - 2:底部曲线 / 顶部依赖性 / 映射函数

遗憾的是,由于和现有的微加工技术不兼容,此类集成电路的密度一直很低。为了攻克这方面的难题,日本研究团队开发出了一种有机双栅极反双极晶体管。

通过独特的设计,其能够在栅极电压超过某个阈值时降低其漏极电流,从而实现双输入逻辑栅极的操作。

研究配图 - 3:双输入电压函数的 2D-ID 映射

在将电压施加到晶体管的顶栅和底栅时,它会产生一个输出信号(即漏极电流)。而当调整输入电压时,该晶体管又会在室温下表现出具有五种不同类型的双输入逻辑门的能力。

研究配图 - 4:具有不同 VD值的底部曲线 / 双输入函数的 2D-ID 映射电压

据悉,现有集成电路技术需要用到 4 个晶体管,才能组成一个“或非”(NAND)电路。此外需要 12 个晶体管,才能组成一个“异或”(XOR)电路。而新颖的“有机反双极”(organic anti-ambipolar)晶体管

研究配图 - 5:紫色 / 白色区域,分别指代 -7.5 nA 以上 / 以下电流。

正因如此,这种具有电可重构有机逻辑门的双栅极反双极晶体管,才被许多人视作提升电路集成密度的一个关键。即便在有机电子学领域,这本身也是一项重大的挑战。

(传送门:Advanced Materials)

展望未来,日本国立材料研究所和东京理科大学研究团队还计划利用这种新型晶体管,来开发电可重构集成电路。不过在正式推向市场之前,我们仍有很长一段路要走。

我们熟知的NAND闪存,还有个“双胞胎兄弟”

【IT168 评论】无论消费者还是企业机构,大多数人在谈到闪存时,首先想到的就是NAND闪存。从一定的现实意义上来讲,NAND闪存可以说已经成为固态硬盘的代名词。基于块寻址结构和高密度,使其成为磁盘的完美替代品。

  NOR闪存是另一种与NAND不同的闪存类型,它具有不同的设计拓扑结构,某些特定的应用场景下更为适合。在比较NAND和NOR闪存在不同应用中的相对优势和适用性之前,检查其结构差异是很重要的。

  NAND闪存产品是当今已经达到高水准的存储芯片,是当前市面上嵌入式以及独立式SSD的主要原材料。多层单元(MLC)技术和3D制造工艺的结合,将NAND存储单元垂直蚀刻到硅衬底上,使存储密度和NAND芯片容量呈几何级增长。

  NAND与NOR电路基础

  尽管NAND闪存是这两种非易失性内存技术中相对流行的一种,但NAND和NOR都是由同一名东芝公司的工程师在上世纪80年代中期发明的。要理解这两个种类的区别和命名,需要简要回顾一下逻辑门的基础知识。

  NAND和NOR分别涉及到布尔逻辑函数中的逻辑“和”(and)以及“或”(or)。如下所示,NAND和NOR都生成响应两个二进制输入的输出。

响应两个二进制输入的NAND和NOR输出

  NAND和NOR逻辑门仅仅为它们各自的功能实现了上面这个真值表。

  NAND门在概念上是作为AND门实现的——当两个输入都是1时输出1——后面跟着一个NOT门,这是一个逻辑反转。相应的,NOR门在概念上是一个OR门——有任何一个输入是1时输出1,然后是NOT门,这是一个逻辑倒装。

  布尔逻辑的背景对于理解NAND和NOR闪存至关重要,因为闪存单元被连接到一个行和列的数组中。在NAND闪存中,一组中的所有单元(通常是一个字节的倍数,取决于芯片的大小)共享一条位线,并以串行方式连接每个单元,每个单元连接到一个单独的字行。同一字行连接一个内存块中的多个字节,通常为4 KB到16 KB。因此,只有当所有的字线都是高或单状态时,位线才会降低或变为零状态,这实际上将内存组转换为一个多输入NAND门。

  与此相反,NOR闪存并行组织位线的方式是,当位线和字线都处于低或零状态时,内存单元只保持高或单状态。

  NAND单元的串联结构使得它们可以通过导电层(或掺杂层)连接在衬底上,而不需要外部接触,从而显著减少了其横截面积。

  NAND闪存单元的串联连接意味着它们不需要单元之间通过金属层进行外部接触——而这正是NOR拓扑结构所需的。使用导电层连接硅衬底上的单元意味着NAND闪存的密度通常比NOR高两个数量级,或100倍。此外,组内单元的串联连接使它们可以垂直地堆积在3D数组中,位线类似于垂直管道。

  相反,由于NOR闪存单元不能单独寻址,因此它们对于随机访问应用程序更快。

  NAND与NOR产品类型

  这两种类型的闪存具有明显的特性和性能差异,它们有各自最适合的应用程序类型。除了容量外,NAND和NOR闪存还具有不同的运行、性能和成本特性,如下图所示。

  这两种闪存中也有几种不同的产品类型,它们在I/O接口、写入持久性、可靠性和嵌入式控制功能方面有所不同。

  NAND闪存产品类型

  NAND闪存以单层(SLC)、多层(MLC)、三层(TLC)或四层(QLC)的形式在每个单元(cell)中存储bit,分别为1 bit/cell、2 bit/cell、3 bit/cell、4 bit/cell。要确定哪种类型的NAND最适合于工作负载,简单来说,每个单元的位数越高,其容量就越大——当然,是以数据持久性和稳定性为代价的。

  NAND设备只是没有任何外围电路的存储芯片,这些外围电路使NAND闪存可以在SSD、U盘或其他存储设备中使用。相比之下,托管型NAND产品嵌入了一个内存控制器来处理必要的功能,比如磨损调平、坏块管理(从使用中消除非功能性内存块)和数据冗余。

  NOR闪存产品类型

  串行设备通过只暴露少量(通常是1到8个)I/O信号来减少包的pin数。对于需要快速连续读取的应用程序来说,这是理想的选择。NOR闪存通常用于瘦客户机、机顶盒、打印机和驱动器控制器。

  并行NOR产品暴露多个字节,而且通常使用内存页而不是单独的字节进行操作,更适用于启动代码和高容量应用程序,包括数码单反相机、存储卡和电话。

  两种闪存都是不可或缺的

  NAND是闪存的主力,广泛用于嵌入式系统和SSD等存储设备的大容量数据存储。不过,NOR 闪存在存储可执行的启动代码和需要频繁随机读取小数据集的应用程序方面起着关键作用。显然,这两种类型的闪存将继续在计算机、网络和存储系统的设计中发挥作用。

  原文作者:Kurt Marko

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