En los últimos años, los ingenieros han intentado idear diseños de hardware alternativos que permitirían que un solo dispositivo realizara cálculos y almacenara datos. Estos dispositivos electrónicos emergentes, conocidos como dispositivos de computación en memoria, podrían tener numerosas ventajas, incluidas velocidades más rápidas y capacidades mejoradas de análisis de datos.
Para almacenar datos de forma segura y conservar un bajo consumo de energía, estos dispositivos deberían basarse en materiales ferroeléctricos con propiedades ventajosas y que puedan reducirse en términos de espesor. Se ha descubierto que los semiconductores bidimensionales (2D) que exhiben una propiedad conocida como ferroelectricidad deslizante son candidatos prometedores para realizar la computación en memoria, aunque lograr la polarización eléctrica conmutable necesaria en estos materiales puede resultar difícil.
Investigadores de la Universidad Nacional Normal de Taiwán, el Instituto de Investigación de Semiconductores de Taiwán, la Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung y la Universidad Nacional Cheng Kung idearon recientemente una estrategia eficaz para lograr una polarización eléctrica conmutable en disulfuro de molibdeno (MoS2 ). Usando este método, descrito en Nature Electronics En el artículo, finalmente desarrollaron nuevos y prometedores transistores ferroeléctricos para aplicaciones de computación en memoria.
"Accidentalmente descubrimos numerosos límites de dominios distribuidos en paralelo en nuestro MoS2 "Escamas, coincidiendo con el momento en que se informó la confirmación experimental de ferroelectricidad deslizante en materiales 2D", dijo a Phys.org Tilo H Yang, coautor del artículo. "Este descubrimiento nos inspiró a considerar si este dominio rico en límites MoS2 puede utilizarse para el desarrollo de la memoria ferroeléctrica."
El objetivo principal del estudio reciente de Yang y sus colegas fue identificar un método prometedor para sintetizar directamente MoS2 epitaxial. con ferroelectricidad deslizante. La estrategia de fabricación que identificaron les permitió finalmente crear nuevos y prometedores transistores ferroeléctricos con características ventajosas.
"Una etapa importante en la fabricación de nuestros transistores ferroeléctricos es la configuración del 3R-MoS2 canal en un material ferroeléctrico conmutable durante el proceso de crecimiento por deposición química de vapor (CVD)," explicó Yang. "La formación de límites de dominio en 3R-MoS2 Es necesario que las películas posean la capacidad de cambiar dominios polarizados; sin embargo, esto es raro en la mayoría de los 3R MoS2 epitaxiales. Película (s. En el artículo, presentamos una estrategia de síntesis para aumentar la posibilidad de que aparezcan límites de dominio en el material, dotándolo de la capacidad de invertir el dominio en respuesta al voltaje de la puerta".
Los investigadores evaluaron sus transistores ferroeléctricos en una serie de pruebas iniciales y descubrieron que funcionaban bien, mostrando una ventana de memoria promedio de 7 V con un voltaje aplicado de 10 V y tiempos de retención superiores a 10 4 . segundos y resistencia superior a 10 4 ciclos. Estos resultados resaltan su potencial para aplicaciones de computación en memoria.
"Nuestros transistores semiconductores ferroeléctricos presentan no volatilidad, reprogramabilidad y ferroelectricidad deslizante de campos de conmutación bajos, confiando en dislocaciones inducidas por transformación de corte en nuestro 3R MoS2 película", dijo Yang. "Con un espesor de aproximadamente dos capas atómicas, el dispositivo es un componente prometedor que puede cumplir con los requisitos de la tecnología CMOS más moderna, por ejemplo, nodos de menos de 3 nm". P>
En el futuro, la estrategia de fabricación propuesta por Yang y sus colegas podría utilizarse para sintetizar otros materiales semiconductores 2D prometedores con ferroelectricidad deslizante. Estos materiales, a su vez, podrían utilizarse para crear nuevos dispositivos de computación en memoria de alto rendimiento, contribuyendo al futuro avance de la electrónica.
"Nuestro trabajo demostró la capacidad de conmutación de los materiales ferroeléctricos deslizantes epitaxiales y la aplicabilidad de esta propiedad física recientemente descubierta en términos de memoria", agregaron Yang y Yann-Wen Lan. "Nuestras películas epitaxiales tienen un gran potencial para el desarrollo de dispositivos de memoria de alto rendimiento y gran escala. Con una mejor comprensión de la correlación entre los mecanismos de conmutación y las microestructuras de dominio, ahora estamos avanzando para desarrollar una alta velocidad de conmutación y una memoria de retención prolongada. ."
Más información: Tilo H. Yang et al, Transistores ferroeléctricos basados en disulfuro de molibdeno apilado romboédrico mediado por transformación de cizallamiento, Nature Electronics (2023). DOI:10.1038/s41928-023-01073-0
Información de la revista: Electrónica de la naturaleza
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