- 普林斯顿大学研发的半导体可通过光编程和重新编程。
- 新材料的特性可在不重建的情况下调整，超越传统二元开关。
- 研究团队展示了可编程电子开关的阵列，显示光控制行为的潜力。
- 未来电子设备可在制造后修改功能，无需重新设计半导体。
普林斯顿大学的研究人员开发了一种薄型半导体，该半导体可以通过不同波长的光进行编程、擦除和重新编程。与传统半导体不同，传统半导体的电性在制造完成后基本上是固定的，而这种新材料则可以反复调整。研究团队将二维半导体与光响应分子结合在一起。在特定波长的光照射下，这些分子的结构会发生变化。这种变化改变了半导体的电子和光学特性，使其反应可以在不重建材料的情况下进行控制。
研究人员表示，这最终可能导致电子设备的功能能在制造后改变，而不是在制造过程中永久确定。
光控制半导体的新方法
光为半导体提供了新的控制方式。电气与计算机工程助理教授、该研究论文的主要作者谢赛恩（Saien Xie）表示：“创造智能材料的第一步是反应能力。生活系统非常智能，因为它们不断感知和反应其周围环境。我们希望创造一种材料，能够类似地对外部刺激做出反应，而不是永久固定。”这种材料还超越了传统电子开关的二元行为。它的反应不仅仅是代表开或关的状态，而是可以逐渐调整，然后使用光反转其状态。
吉（Ji）表示：“我们可以逐步调整材料的反应，然后再逆转过程。”这一能力来自于半导体与其附着分子之间的相互作用。改变分子的结构会改变半导体的导电性和对光的反应，从而为研究人员提供了一种动态调整其特性的方式。
可编程电子设备的潜力
这项工作对于可编程电子设备尤为有用，因为改变设备行为通常需要不同的硬件或电路。研究团队已经制造出一块均匀的半导体，尺寸为 1 吋见方。利用这种材料，研究人员建立了可编程电子开关的阵列，展示了光控制行为可以纳入功能结构中，而不仅限于小型实验室样本。下一步是将这些开关连接到电路中。电路是创建更复杂电子系统的基本构建块，因此展示一个工作电路将使这项技术更接近实用装置。
研究人员预想，电子设备在离开制造过程后可以进行修改。这样可以让相同的硬件承担不同的功能，而无需为每个应用设计全新的半导体。谢赛恩表示：“我们的长期愿景是建造那些功能在制造过程中不再固定的电子设备。我们希望设计的设备其性能能在制造后动态重新配置。这项工作展示了实现该目标的重要一步。”这种方法仍处于早期研究阶段。目前的演示显示了可编程半导体开关，而更大规模的集成电路和完整的电子设备仍然是未来的目标。
如果这项技术可以扩展，光可能提供一种新方法来控制半导体特性，而无需物理修改基础材料。这将为比当前固定功能芯片更具适应性的电子设备铺平道路。
这项研究的标题为《大面积、光可编程 2D 半导体与变色分子功能化》，发表于《科学进展》（Science Advances）期刊。
光编程半导体的未来展望
这项研究展示了通过光来控制半导体特性的潜力，这不仅能提升电子设备的灵活性，还能减少对新硬件的需求。随着技术的进步，未来的电子设备可能会变得更加智能，能够根据环境变化动态调整功能。这对于快速变化的科技市场而言，意味着更高的适应性和效率，并可能改变我们对电子设备设计的基本理解。