美国纽约州立大学理工学院（SUNY-Polytechnic Institute）的研究人员在《纳米技术》上发表的新研究展现了，可在单个半导体器件上组合多个功能，以改进器件功能和减少制造复杂度，提供了在微缩器件尺寸之外另一改进器件功能的选择。
在半导体产业界，一直有一个主流策略来改进器件的速度和效率，即追随摩尔定律——通过缩小器件尺寸来在计算机芯片上装入更多晶体管。但是，单个计算机芯片上的晶体管数目并不能再以指数级地增长，这驱动了研究人员寻找其他方法来改进半导体技术。
研究人员设计和制造了一个可重置器件，能够变身为三种基础半导体器件——PN二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或双极结晶体管（BJT），如下图所示。
研究人员Ji Ung Lee说：“我们可以使用单个可重置器件实现三种重要半导体器件功能（PN二极管、MOSFET和BJT）。尽管这些器件都能够单独在现代半导体制造设施中实现，但要实现集成通常需要复杂的集成方法，我们能够在一个单独器件来实现三种器件的功能。”
图为SUNY-Polytechnic Institute的3in1器件
该器件由2维二硒化钨（WSe2）制成，WSe2是最近发现的一种新过渡金属硫族化合物半导体。这类材料通过控制厚度可对带隙进行调整，并且在单层上表现出一个直接带隙，因此在电子应用上具有前景。带隙是2D过度金属硫族化合物优于石墨烯的优势之一，后者是零带隙。
为了在单个器件上集成多个功能，研究人员发明了新的掺杂技术。因为WSe2是一个新材料，直到现在还缺少掺杂技术。通过掺杂，研究人员能够实现如双极性传输等特性，具有该特性后器件可在不同条件下传导电子和空穴。掺杂技术同样意味着三种功能都是表面传导器件，提供了一个单个、直接评价其性能的方法。
Lee说：“并未采用只能实现固定器件的传统半导体制造技术，我们使用栅极来掺杂。这些栅极能够显著改变流过半导体的载流子（电子和空穴），这种改变的能力允许实现可重置器件来实现多重功能。”
Lee说：“可重置器件具有以更紧凑和更高效方式实现某种逻辑功能的能力。正如我们所做到的，因为增加栅极，能够节省整个面积和实现更有效的计算。”
研究人员将进一步研究这些多功能器件的应用，计划使用比CMOS更少的器件单元来建造复杂集成电路。Lee说：“这将在后CMOS时代展现我们器件的可微缩性。”
Prathamesh Dhakras, Pratik Agnihotri, and Ji Ung Lee. "Three fundamental devices in one: a reconfigurable multifunctional device in two-dimensional WSe2." Nanotechnology. DOI: 10.1088/1361-6528/aa7350
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