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Jul 25, 2023

Transistor elettrico a doppio strato neuromorfico veloce prende di mira l'intelligenza artificiale

Questo transistor può essere utilizzato per sviluppare dispositivi IA edge ad alta velocità e ad alta efficienza energetica con un'ampia gamma di applicazioni, tra cui la previsione di eventi futuri e il riconoscimento/determinazione di pattern nelle immagini

Questo transistor può essere utilizzato per sviluppare dispositivi IA edge ad alta velocità ed efficienti dal punto di vista energetico con un’ampia gamma di applicazioni, tra cui la previsione di eventi futuri e il riconoscimento/determinazione di modelli in immagini (come il riconoscimento facciale), voci e odori.

Un transistor elettrico a doppio strato funziona come un interruttore utilizzando le variazioni di resistenza elettrica causate dalla carica e dalla scarica di un doppio strato elettrico formato all'interfaccia tra l'elettrolita e il semiconduttore. Poiché questo transistor è in grado di imitare la risposta elettrica dei neuroni cerebrali umani (cioè agendo come un transistor neuromorfico), il suo utilizzo nei dispositivi di intelligenza artificiale è potenzialmente promettente. Tuttavia, i transistor elettrici a doppio strato esistenti sono lenti nel passaggio dallo stato acceso a quello spento. Il tempo di transizione tipico varia da diverse centinaia di microsecondi a 10 millisecondi. È quindi auspicabile lo sviluppo di transistor elettrici a doppio strato più veloci.

Il gruppo di ricerca ha sviluppato un transistor elettrico a doppio strato depositando film sottili di ceramica (film sottile di zirconio poroso stabilizzato con ittrio) e diamanti con un elevato grado di precisione utilizzando un laser pulsato, formando un doppio strato elettrico sull'interfaccia ceramica/diamante. Il film sottile di zirconio è in grado di assorbire grandi quantità di acqua nei suoi nanopori e consentire agli ioni idrogeno dell'acqua di migrare facilmente attraverso di esso, consentendo al doppio strato elettrico di caricarsi e scaricarsi rapidamente. Questo effetto elettrico a doppio strato consente al transistor di funzionare molto rapidamente. Il team ha effettivamente misurato la velocità alla quale funziona il transistor applicandovi una tensione pulsata e ha scoperto che funziona 8,5 volte più velocemente dei transistor elettrici a doppio strato esistenti, stabilendo un nuovo record mondiale. Il team ha inoltre confermato la capacità di questo transistor di convertire con precisione le forme d’onda di ingresso in molte forme d’onda di uscita diverse, un prerequisito affinché i transistor siano compatibili con i dispositivi AI neuromorfici.

Il progetto di ricerca ha prodotto una nuova tecnologia a film sottile ceramico in grado di caricare e scaricare rapidamente un doppio strato elettrico di diversi nanometri di spessore. Si tratta di un risultato importante negli sforzi volti a creare dispositivi assistiti da intelligenza artificiale pratici, ad alta velocità ed efficienti dal punto di vista energetico. Si prevede che questi dispositivi, in combinazione con vari sensori (ad esempio orologi intelligenti, telecamere di sorveglianza e sensori audio), offriranno strumenti utili in vari settori, tra cui la medicina, la prevenzione dei disastri, la produzione e la sicurezza.

Immagine: (a sinistra) diagramma schematico del transistor elettrico a doppio strato sviluppato in questo progetto di ricerca. (A destra) Utilizzando questo transistor è stata ottenuta una velocità operativa neuromorfica significativamente più elevata rispetto ai transistor elettrici a doppio strato esistenti. Credito Istituto nazionale per la scienza dei materiali Takashi Tsuchiya.

La ricerca è stata pubblicata su Materials Today Advances: https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2023.100393.