В полупроводниковой индустрии в настоящее время есть только одна стратегия дальнейшего увеличения быстродействия и эффективности электронных устройств — уменьшение размеров базовых полупроводниковых приборов, транзисторов, для того, чтобы имелась возможность упаковки большего их числа на поверхность кристалла одного чипа. Однако, увеличение числа транзисторов на чипе по экспоненциальной зависимости, как то определено известным законом Гордона Мура, не может продолжаться до бесконечности. И такое положение дел вынуждает исследователей искать новые пути улучшения электронных полупроводниковых технологий.

Группа исследователей из Политехнического института SUNY, Олбани, Нью-Йорк, предположила, что объединение сразу нескольких функций в пределах одного полупроводникового прибора позволит увеличить функциональность создаваемых на его базе электронных устройств, уменьшить сложность и стоимость изготовления чипов, уменьшить их размеры и увеличить эффективность.

Созданное ими универсальное полупроводниковое переконфигурируемое устройство совмещает в себе сразу три базовые функции, функции p-n перехода, диода, который используется в качестве выпрямителя, позволяющего преобразовать переменный ток в постоянный, полевого MOSFET-транзистора и обычного биполярного (bipolar junction transistor, BJT) транзистора.

Это многофункциональное устройство изготовлено на базе диселенида вольфрама (WSe2), относительно недавно обнаруженного полупроводникового материала из класса переходных дихалькогенидов. Этот материал является перспективным с точки зрения использования его в электронике, ширина его полупроводниковой запрещенной зоны может регулироваться при помощи изменения толщины материала на этапе производства. Кроме того, диселенид вольфрама обладает достаточно широкой запрещенной зоной в его плоской однослойной форме.

Для изготовления универсального полупроводникового устройства исследователям из института SUNY пришлось разработать оригинальный способ легирования материала. Так как диселенид вольфрама является новым материалом, до последнего времени еще никто не занимался разработкой технологии легирования — ввода добавок, которые определяют тип проводимости полупроводника.

Изменение функции, выполняемой универсальным полупроводниковым прибором, можно производить «на лету», изменяя комбинации управляющих сигналов, подаваемые на три независимых затвора прибора. Это позволит создавать изменяемые логические цепи, способные переключаться между выполнением различных логических функций. Такие возможности позволят ядру микропроцессора изменять свою ближайшую периферию, делая ее оптимальной для выполнения текущей задачи. А это, в свою очередь, позволит увеличить быстродействие и эффективность процессоров без необходимости увеличения числа транзисторов на их кристаллах.

В своих дальнейших исследованиях ученые из института SUNY планируют увеличить функциональность созданного ими полупроводникового прибора, добавив в него способность превращений и в дополнительные типы базовых полупроводниковых компонентов. Параллельно с этим будут производиться работы по разработке практических чипов, на кристаллах которых будут находиться только универсальные полупроводниковые приборы.