北京
固态离子凝胶使垂直堆叠的晶体管能够保留近期和更早的输入信号，在模拟中实现了超过90%的准确率。
韩国研究人员开发出一种垂直堆叠的半导体系统，能够同时处理近期信号和更早的信号，有望让小型可穿戴设备在分析运动数据和生理数据时无需严重依赖外部计算。
该技术由KAIST、UNIST和POSTECH的研究人员共同开发。它使用碳纳米管晶体管，并由固态离子凝胶控制。离子凝胶是一种含有可移动离子的材料，这些离子会影响电流通过器件的方式。
当施加电压时，离子会在材料中移动。电压消失后，它们不会立即回到原来的位置，从而留下对更早信号的临时电学“记忆”。研究人员没有把这种延迟响应视为缺陷，而是利用它来处理随时间变化的信息。
通过调节离子浓度和离子凝胶的厚度，研究团队制造出具有不同响应速度的器件。随后，研究人员将快速响应和慢速响应的器件垂直堆叠，使不同层能够在不同的时间尺度上处理信息。
不同层以不同方式记忆
较快的层对最新输入响应更强，而较慢的层则保留在更长时间内积累的信息。因此，将它们的输出结合起来，系统就能同时获得刚刚发生了什么以及在此之前发生了什么的信息。
此前用于此类器件的离子材料通常是液体或柔软的凝胶。这些材料会使精确的半导体制造和多层堆叠变得困难。将离子凝胶制成固态薄膜，使研究人员在构建多个器件层的同时能够更好地控制其特性。
研究团队使用四个连续输入信号测试了该硬件区分时间模式的能力，每个信号都可以开启或关闭。器件成功区分了全部16种可能组合。
研究人员还利用这些器件的测量结果创建了一个模拟系统，用于对移动手写数字视频进行分类。该系统在处理以不同速度播放的动态图像序列时，验证准确率超过90%。
这种方法最终可能帮助电子设备在本地处理不断变化的信息，而不是持续将原始数据传输到其他地方进行分析。潜在应用包括监测运动和生理信号的可穿戴设备。
可穿戴设备获得本地内存
研究团队证明，该技术与不同制造形式兼容。研究人员在4英寸晶圆以及柔性基底上制造了这些器件，这可能使该架构适用于需要贴合非平面表面的电子产品。
据研究人员称，这些器件在制造后还保持了55个月的稳定电学特性。
KAIST教授Jimin Kwon表示：“这些器件可以利用现有的薄膜半导体工艺在大面积基底上制造，而且还可以多层堆叠。”
Kwon说，这项技术可以发展成为用于智能手表等低功耗设备中分析运动和生理信号的芯片。
然而，研究人员尚未在实际智能手表中展示这种节能效果。还需要进一步测试，以确定该架构在集成到真实可穿戴电子产品中时的性能表现以及能够节省多少能量。
该研究发表在《Advanced Materials》期刊上。
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