北邮人Nature子刊发文！揭开微小世界的大秘密！

BUPT北邮

北京时间12月1日，国际学术期刊《自然-纳米科技》发布北邮理学院屈贺如歌副教授团队重要研究成果：层状铁电半导体中的极化-电导耦合机制。这一科研成果为电子器件领域的新突破提供了关键设计思路。

下面就跟邮邮一起

揭开电子世界的大秘密吧~

作为当今信息化社会的

重要基础

半导体、集成电路、芯片

你一定不陌生~

半导体是一类材料的总称

集成电路是基于半导体材料制成的电路的大型集合

芯片是由不同种类型的集成电路或者单一类型集成电路形成的产品

那么，微电子技术你了解多少呢？

微电子技术是通过固体内的微观电子运动来实现信息处理或信息加工的，主要关注将电子设备的尺寸、重量和功耗降至最低，同时提高其性能和功能。举例而言，华为最新推出的Mate60 Pro手机，仅重225克，却集成了几十到上百亿个 晶体管。单个晶体管的尺寸比头发丝直径还要小上千倍。微电子技术就是要在这么小的尺寸下控制电子的行为！

接下来，问题来了~如何通过揭示材料的电子特性，实现对电子器件极小尺寸的精确控制，促进计算机、通信设备和各种智能设备的小型化的同时提高其计算性能？简言之：如何实现电子器件的更小、更节能，更快、更精准？

围绕这一问题，北邮理学院屈贺如歌副教授团队联合兄弟院校团队开展科研攻关。

图：团队成员正在进行服务器检修

更小、更节能：

“层状铁电半导体”？—— 小器件大用处！

电子材料是电子器件制造中不可或缺的重要组成部分，其性能直接影响到电子产品（如手机等）的使用体验和功能表现。更小、更快、更节能，正在成为电子器件跟上数据创新步伐的重要指标，超薄半导体和铁电材料分别因其在小尺寸逻辑和非易失性存储方面的优势走入大家的视野。

层状铁电半导体则结合了超薄半导体和铁电性两方面的优势，就像是一把搞定两件事情的多面手工具！这意味着，未来我们或许能够在更小的空间内完成更强大的计算，而不再受限于数据移动的时延和功耗。

图：双栅极铁电半导体沟道晶体管

更快、更精准：

电导精准调制？——迈向未来关键一步！

影响电子器件的更小、更快、更节能的另一因素是数据存储和处理的效能~

一般的电子设备，比如手机、电脑，里面的处理和存储是分开的，由此带来高昂的数据传输成本。而存内计算则利用存储器进行原位计算，可以避免频繁的数据通信，从而大幅减少相应的延时和能耗。这就好比你在读一本书时发现有生僻字词，这时的你不需要把正在阅读的书放下去查字典，只要直接在书本上查找即可。这样，我们能够更快地完成任务，同时减少能量的浪费。

图：传统计算与存内计算的比较

那么如何提高存内计算的准确性和效率？电导的精准调制成为关键一步！如果我们无法精确控制电导，就会出现信息混乱甚至丢失的情况，影响计算设备的性能。这就好比想要在一个交叉路口精确控制交通流量，如果信号灯失效，交叉口的流量就会混乱不堪。同样，如果电导不能被精准地调制，存内计算的各项功能就会失去控制，效果大打折扣。

北邮人一键破解：

电子输运关键密码？——微小世界里的大秘密！

围绕层状铁电半导体中的电导精确调制这一关键问题，北邮科研团队基于量子输运理论，揭示了决定电子传输行为的两大核心机制：内建电场产生非对称导电通道（就像高速公路上通常左侧车道的车辆行驶速度快，而右侧车道的车辆行驶速度慢，那是非对称“车道”，而这里是非对称“电子道”），而栅极外场诱导了电势重分布（就像交管部门在道路上通过调整信号灯来引导车流）。这两大机制相互竞争，最终决定了电导的大小。

图：（a）非对称的本征电子传输通道，（b）电势重分布导致的透射变化

在微小的电子世界里寻找到可以调控电子的传输行为的秘籍，层状铁电半导体这个材料的电子行为将有据可循！提高电路灵活性，降低硬件设计成本，将成为可能！

电子输运关键密码

破解！

计算模式创新

将有更多可能

电子器件领域发展

将开辟新方向

数字信号处理、自适应控制

机器视觉和人工智能

……

更多场景下

北邮智慧正在激发更大能量~

出品：党委宣传部（新闻中心）

制作：北京邮电大学学生记者团

来源：理学院

排版：杨茗莉

责编：董思捷

审核：胡启镔、申晶晶

＊

精彩回顾：

点点赞

 “邮”你更精彩～