Un componente fundamental de un transistor de efecto de campo (FET) es el dieléctrico de la puerta, que determina el número de portadores de carga (electrones o vacantes de electrones) que pueden inyectarse en el canal activo del dispositivo. El grafeno se ha convertido recientemente en el foco de atención como un reemplazo de alto rendimiento para silicio en FET, y en estudios recientes sobre FET basados ​​en grafeno, Los científicos han investigado el uso de películas delgadas de un material ferroeléctrico para el dieléctrico de la puerta.

Tales películas ofrecen varias ventajas interesantes para su uso en FET basados ​​en grafeno:su fuerte polarización eléctrica permite introducir una densidad de portadores mucho más alta que la que se puede lograr con dieléctricos estándar, y tienen polarización eléctrica remanente, una propiedad que podría permitir que los FET grafeno-ferroeléctricos se utilicen para la memoria no volátil al almacenar un cierto nivel de densidad de portadores en ausencia de un campo eléctrico.

Dos equipos colaboradores del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales y la Universidad Nacional de Singapur, dirigido por Kui Yao y Barbaros Özylmaz, respectivamente, demostraron previamente un dispositivo básico de memoria grafeno-ferroeléctrico en el que la polarización en la película ferroeléctrica estaba controlada por la polarización eléctrica aplicada al terminal de la puerta. En esa estructura, se depositó una fina película ferroeléctrica sobre una capa de grafeno, donde inyecta portadores de carga y así modula la resistencia del grafeno. Desafortunadamente, sin embargo, los dos estados de resistencia distintos que podrían leerse como un bit de información solo podrían realizarse polarizando y despolarizando la película ferroeléctrica, que presentó problemas debido a la inestabilidad del estado de despolarización.

Ahora, los dos equipos han colaborado para fabricar un dispositivo mejorado que incluye un dióxido de silicio adicional (SiO ₂ ) puerta dieléctrica debajo de la capa de grafeno (ver imagen). El SiO ₂ portón, un componente de larga data en los FET tradicionales, proporciona efectivamente un punto de referencia desde el cual medir el efecto de la compuerta ferroeléctrica. Al monitorear la resistencia del dispositivo en función de los voltajes aplicados a las puertas superior e inferior, los investigadores desarrollaron una comprensión cuantitativa del rendimiento y el comportamiento de conmutación de los FET grafeno-ferroeléctricos. Para usar como dispositivo de memoria no volátil, la puerta dieléctrica de SiO2 también simplifica la escritura de bits al proporcionar una fuente de fondo adicional de portadores de carga, permitiendo que la polarización ferroeléctrica se cambie entre dos estados estables correspondientes a dos orientaciones de polarización opuestas.

El nuevo dispositivo desarrollado por el equipo de investigación logró resultados prácticos impresionantes, capaz de escribir bits simétricos con una relación de resistencia entre los dos estados de resistencia superior al 500% y conmutación no volátil reproducible superior a 100, 000 ciclos.