Transistor neuromorphique rapide à double couche électrique pour l’IA
Une équipe composée de chercheurs du National Institute for Materials Science (NIMS) et de l’Université des sciences de Tokyo a mis au point le transistor électrique à double couche le plus rapide en utilisant une couche mince de céramique hautement conductrice d’ions et une couche mince de diamant.
Ce transistor peut être utilisé pour développer des dispositifs d’intelligence artificielle de pointe à haute vitesse et à faible consommation d’énergie, avec un large éventail d’applications, notamment la prédiction d’événements futurs et la reconnaissance/détermination de modèles dans les images (comme la reconnaissance faciale), les voix et les odeurs.
Un transistor à double couche électrique fonctionne comme un interrupteur en utilisant les changements de résistance électrique causés par la charge et la décharge d’une double couche électrique formée à l’interface entre l’électrolyte et le semiconducteur. Comme ce transistor est capable d’imiter la réponse électrique des neurones cérébraux humains (c’est-à-dire qu’il agit comme un transistor neuromorphique), son utilisation dans les dispositifs d’intelligence artificielle est potentiellement prometteuse. Cependant, les transistors électriques à double couche existants sont lents à passer de l’état de marche à l’état d’arrêt. Le temps de transition typique varie de plusieurs centaines de microsecondes à 10 millisecondes. Il est donc souhaitable de développer des transistors électriques à double couche plus rapides.
L’équipe de recherche a mis au point un transistor à double couche électrique en déposant des couches minces de céramique (couche mince de zircone poreuse stabilisée à l’yttrium) et de diamant avec une grande précision à l’aide d’un laser pulsé, formant ainsi une double couche électrique à l’interface céramique/diamant. La couche mince de zircone est capable d’adsorber de grandes quantités d’eau dans ses nanopores et de permettre aux ions d’hydrogène de l’eau de migrer facilement à travers elle, ce qui permet de charger et de décharger rapidement la double couche électrique. Cet effet de double couche électrique permet au transistor de fonctionner très rapidement. L’équipe a mesuré la vitesse de fonctionnement du transistor en lui appliquant une tension pulsée et a constaté qu’il fonctionnait 8,5 fois plus vite que les transistors électriques à double couche existants, établissant ainsi un nouveau record mondial. L’équipe a également confirmé la capacité de ce transistor à convertir avec précision les formes d’onde d’entrée en de nombreuses formes d’onde de sortie différentes – une condition préalable pour que les transistors soient compatibles avec les dispositifs d’IA neuromorphique.
Le projet de recherche a permis de mettre au point une nouvelle technologie de couches minces en céramique capable de charger et de décharger rapidement une double couche électrique de plusieurs nanomètres d’épaisseur. Il s’agit d’une avancée majeure dans les efforts visant à créer des composants pratiques, à grande vitesse et économes en énergie, assistés par l’IA. Ces dispositifs, associés à divers capteurs (montres intelligentes, caméras de surveillance et capteurs audio, par exemple), devraient offrir des outils utiles dans divers secteurs, notamment la médecine, la prévention des catastrophes, l’industrie manufacturière et la sécurité.
Image : (à gauche) Schéma du transistor électrique à double couche développé dans le cadre de ce projet de recherche. (à droite) Ce transistor a permis d’atteindre une vitesse d’opération neuromorphique nettement supérieure à celle des transistors électriques à double couche existants. Crédit Institut national de la science des matériaux Takashi Tsuchiya.
La recherche a été publiée dans Materials Today Advances : https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2023.100393.
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