Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia (NIMS) và Đại học Khoa học Tokyo thành công phát triển một bóng bán dẫn chống lưỡng cực hữu cơ, có khả năng thực hiện bất kỳ 1 trong 5 hoạt động cổng logic (AND, OR, NAND, NOR hoặc XOR) bằng phương pháp điều chỉnh điện áp đầu vào vào cổng kép của bóng bán dẫn.

Bóng bán dẫn mỏng và nhẹ với khả năng nhiều cổng logic này có thể được sử dụng để phát triển những mạch logic, có khả năng cấu hình lại bằng điện áp sẽ là chìa khóa cho sự phát triển của những thiết bị điện tử di động hiệu suất cao.

Khi Internet vạn vật (Internet of Things - IoT) trở thành hiện thực, khối lượng dữ liệu cần được xử lý dự kiến ​​sẽ vô cùng lớn. Thực tế này yêu cầu phát triển các thiết bị xử lý dữ liệu di động gọn nhẹ, hiệu suất cao. Những mạch tích hợp hữu cơ với các bóng bán dẫn hữu cơ sẽ là công nghệ thay đổi thế giới điện tử, phát triển những thiết bị điện tử nhỏ, gọn, đa năng. Đến nay mật độ tích hợp của những mạch phức tạp này vẫn còn rất thấp do không tương thích với các công nghệ vi mô hiện nay.

Để giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu phát triển một bóng bán dẫn chống lưỡng cực cổng kép hữu cơ có khả năng thực hiện các hoạt động cổng logic hai đầu vào bằng cách thiết kế để giảm dòng chảy của nó khi điện áp cổng vượt quá ngưỡng nhất định.

Bóng bán dẫn chống lưỡng cực cổng kép hữu cơ được thiết kế để thực hiện hoạt động cổng logic AND. Nhà cung cấp hình ảnh: Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia Ryoma Hayakawa

Các bóng bán dẫn lưỡng cực hữu cơ cổng kép có độ ổn định và độ tin cậy cao. Thiết bị mới có thể tạo ra các mạch logic đa chức năng với cấu hình bóng bán dẫn đơn giản.

Khi điện áp đầu vào được áp vào các cổng trên và dưới của bóng bán dẫn sẽ tạo ra tín hiệu đầu ra (tức là dòng xả).  

Bóng bán dẫn hữu cơ thể hiện khả năng hoạt động như 5 loại cổng logic hai đầu vào khác nhau ở nhiệt độ phòng khi điều chỉnh điện áp đầu vào. Điện áp đỉnh của dòng xả được điều chỉnh chính xác bởi ba tín hiệu đầu vào: điện áp cổng dưới, cổng trên và điện áp xả. Tính năng đặc biệt này cho phép nhiều hoạt động cổng logic với “chỉ một bóng bán dẫn lưỡng cực hữu cơ cổng kép duy nhất”, không thể có trong các bóng bán dẫn thông thường.

Công nghệ mạch tích hợp hiện tại sẽ cần đến 4 bóng bán dẫn để tạo thành mạch NAND và 12 bóng bán dẫn để tạo thành mạch XOR.

Phát minh của các nhà khoa học Nhật Bản chỉ cần một bóng bán dẫn mới được phát triển để tạo thành các mạch này. Ngoài ra, bóng bán dẫn mới có thể được sử dụng để tăng cường mật độ tích hợp các mạch hữu cơ, vốn là một thách thức lớn trong điện tử hữu cơ. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu có kế hoạch phát triển các mạch tích hợp có thể cấu hình lại bằng điện, sử dụng bóng bán dẫn mới này. để hiện thực hóa các kiến ​​trúc tính toán mới như trí tuệ nhân tạo (AI) và các thiết bị cấu hình mạng thần kinh.