Kínai kutatók bemutatták a világ legkisebb ferroelektromos tranzisztorát 1 nanométeres kapuval

A Pekingi Egyetem és a Kínai Tudományos Akadémia kutatócsoportja kifejlesztette a világ legkisebb ferroelektromos tranzisztorát, amelynek kapuhosszát sikerült mindössze 1 nanométerre zsugorítani. Ez a nanogate-eszköz - amelyet a Science Advances című folyóiratban részleteztek - mindössze 0,6 volton működik, és ezzel a félvezetőipar kritikus energiafogyasztási szűk keresztmetszetét küszöböli ki.

A modern logikai chipek körülbelül 0,7 volton működnek hatékonyan. A mainstream nem-illékony memóriák, például a NAND flash, azonban jellemzően 5 voltot vagy annál magasabb feszültséget igényelnek az írási műveletek elvégzéséhez. Még a korábbi ferroelektromos mezőhatású tranzisztorok (FeFET) is több mint 1,5 voltot igényeltek. Ez a feszültségeltérés bonyolult feszültségnövelő áramköröket eredményez, értékes helyet és energiát pazarolva. A tipikus AI-chipekben a teljes energiafogyasztás 60-90%-át pusztán az adatátvitelre használják fel, nem pedig a tényleges számításokra.

Ennek megoldására a Qiu Chenguang és Peng Lianmao által vezetett kutatócsoport fém egyfalú szén nanocsöveket használt kapuelektródaként. Ez a kialakítás nanocsipként funkcionál, koncentrálja az elektromos mezőt, hogy fokozza a ferroelektromos réteg és a csatorna közötti csatolást.

Ez a mezőfokozás lehetővé teszi, hogy az eszköz mindössze 0,6 volton - ami alacsonyabb, mint a szabványos logikai feszültség - átkapcsolja a polarizációs állapotot, miközben a rövidcsatornás hatásokkal szembeni immunitás megmarad.

Az így kapott molibdén-diszulfid (_MoS2) FeFET-ek kiváló memóriateljesítményt mutatnak, 2 millió áram be- és kikapcsolási aránnyal és 1,6 nanoszekundumos gyors programozási sebességgel büszkélkedhetnek. A memória és a logikai egységek közötti feszültségkompatibilitás megvalósításával a technológia kiküszöböli az extra töltésszivattyú áramkörök szükségességét, megszüntetve ezzel a nagy sebességű adatinterakció akadályait.

A kutatók szerint az alapelv alkalmazható a főbb ferroelektromos anyagokra, és kompatibilis a szokásos ipari gyártási folyamatokkal. Ez az áttörés jelentős következményekkel jár a nagyméretű modellkövetkeztetések, az éles intelligencia és a viselhető eszközök jövőjére nézve, ahol az energiahatékonyság elsődleges fontosságú.