晶体管是一个非常微小的组件,通过是否向控制电极施加电压,可以实现允许或者阻止电流的流动,这就是构建内存存储和逻辑电路底层原理。因此,晶体管也被称为现代电子设备的细胞。
不同材料制作的晶体管,电荷传输的方式就会不同。目前,世界上最灵活的晶体管是用锗材料生产的,暂且称它为自适应晶体管。锗晶体管可以根据需要执行的不同逻辑任务,在瞬间完成切换。
锗晶体管的构造是由一根极细的锗线将两个电极连接起来,再通过非常洁净和特殊的界面把锗线连接到两侧的金属上。在这段锗线上,像传统晶体管一样,设置了一个栅电极。最关键的地方在于,锗晶体管还在锗与金属之间的空间,配置了一个控制电极。通过这个控制电极,可以实现对晶体管的动态编程。
由于锗具有非常独特的电子结构,通过在这种结构中加入锗材料,可以实现对电子和空穴的单独控制。在施加电压的初期,会像通常情况那样产生逐渐增加的电流。继续增加电压到达到一个阈值,电流会不再增加,反而减小。这个现象被称为负微分电阻。
在控制电极的帮助下,可以实现对阈值电压的控制和调整,进而实现锗晶体管的切换。这样就极大提高了晶体管的自由度,我们可以根据具体的需要,随时对晶体管进行调控,比如,或非门切换成与非门。
传统晶体管的性能已经影响到了电子产品的智能化水平。传统的晶体管只有非常基本的功能,而智能化就是靠这些晶体管的相互连接完成的。如果能够提升单个晶体管的性能,电子产品的智能化水平将会指数级提高。如果采用新型锗晶体管,以前需要160个晶体管才能完成的计算,现在只需要24个,整个电路的能效和速度都能提高数倍。
不过,要想使用锗晶体管,还需要对芯片上的电路做有针对性的修改。修改电路完成匹配之后,将可以实现多逻辑值控制,就可以进行更多中状态处理。