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Jul 25, 2023

Transistor elétrico neuromórfico rápido de dupla camada tem como alvo IA ...

Este transistor pode ser usado para desenvolver dispositivos de IA de borda de alta velocidade e com eficiência energética com uma ampla gama de aplicações, incluindo previsão de eventos futuros e reconhecimento/determinação de padrões em imagens

Este transistor pode ser usado para desenvolver dispositivos de IA de borda de alta velocidade e com eficiência energética com uma ampla gama de aplicações, incluindo previsão de eventos futuros e reconhecimento/determinação de padrões em imagens (como reconhecimento facial), vozes e odores.

Um transistor elétrico de dupla camada funciona como uma chave usando mudanças de resistência elétrica causadas pela carga e descarga de uma dupla camada elétrica formada na interface entre o eletrólito e o semicondutor. Como este transistor é capaz de imitar a resposta elétrica dos neurônios cerebrais humanos (ou seja, agindo como um transistor neuromórfico), seu uso em dispositivos de IA é potencialmente promissor. No entanto, os transistores elétricos de camada dupla existentes são lentos na alternância entre os estados ligado e desligado. O tempo de transição típico varia de várias centenas de microssegundos a 10 milissegundos. O desenvolvimento de transistores elétricos de dupla camada mais rápidos é, portanto, desejável.

A equipe de pesquisa desenvolveu um transistor elétrico de dupla camada depositando cerâmica (filme fino de zircônia porosa estabilizada com ítria) e filmes finos de diamante com alto grau de precisão usando um laser pulsado, formando uma dupla camada elétrica na interface cerâmica/diamante. A película fina de zircônia é capaz de adsorver grandes quantidades de água em seus nanoporos e permitir que os íons de hidrogênio da água migrem facilmente através dela, permitindo que a dupla camada elétrica seja rapidamente carregada e descarregada. Este efeito elétrico de dupla camada permite que o transistor opere muito rapidamente. A equipe realmente mediu a velocidade na qual o transistor opera aplicando-lhe tensão pulsada e descobriu que ele opera 8,5 vezes mais rápido do que os transistores elétricos de camada dupla existentes, estabelecendo um novo recorde mundial. A equipe também confirmou a capacidade deste transistor de converter formas de onda de entrada em muitas formas de onda de saída diferentes com precisão – um pré-requisito para que os transistores sejam compatíveis com dispositivos neuromórficos de IA.

O projeto de pesquisa produziu uma nova tecnologia de película fina de cerâmica capaz de carregar e descarregar rapidamente uma dupla camada elétrica com vários nanômetros de espessura. Esta é uma grande conquista nos esforços para criar dispositivos assistidos por IA práticos, de alta velocidade e com baixo consumo de energia. Espera-se que estes dispositivos, em combinação com vários sensores (por exemplo, relógios inteligentes, câmaras de vigilância e sensores de áudio), ofereçam ferramentas úteis em vários setores, incluindo medicina, prevenção de desastres, produção e segurança.

Imagem: (Esquerda) Diagrama esquemático do transistor elétrico de dupla camada desenvolvido neste projeto de pesquisa. (Direita) Velocidade de operação neuromórfica significativamente maior foi alcançada usando este transistor em comparação com os transistores elétricos de camada dupla existentes. Crédito Instituto Nacional de Ciência de Materiais Takashi Tsuchiya.

A pesquisa foi publicada em Materials Today Advances: https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2023.100393.