Сегнетоелектричний транзистор, який зберігає та обчислює в масштабі

Сегнетоелектричний транзистор, який зберігає та обчислює в масштабі

Мітка часу: 13 липня 2023 р., 11:39
Вихідний вузол: 2761401
13 липня 2023 (Новини Nanowerk) Революція великих даних напружив можливості найсучаснішого електронного обладнання, змусивши інженерів переосмислити майже кожен аспект мікрочіпа. Маючи все більші величезні набори даних для зберігання, пошуку та аналізу на дедалі більших рівнях складності, ці пристрої повинні ставати меншими, швидшими та енергоефективнішими, щоб не відставати від інновацій у сфері даних. Сегнетоелектричні польові транзистори (FE-FET) є одними з найбільш інтригуючих відповідей на це завдання. Подібно до традиційних кремнієвих транзисторів, FE-FET є перемикачами, які вмикаються та вимикаються з неймовірною швидкістю для обміну інформацією про 1s та 0s, які комп’ютери використовують для виконання своїх операцій. Але FE-FET мають додаткову функцію, якої немає у звичайних транзисторів: їхні сегнетоелектричні властивості дозволяють їм утримувати електричний заряд. Ця властивість дозволяє їм служити пристроями енергонезалежної пам’яті, а також обчислювальними пристроями. Здатні як зберігати, так і обробляти дані, FE-FET є предметом широкого спектру дослідницьких проектів. Вдала конструкція FE-FET значно знизила б розміри та пороги споживання енергії традиційними пристроями, а також збільшила б швидкість. Дослідники Школи інженерії та прикладних наук Університету Пенсільванії представили нову конструкцію FE-FET, яка демонструє рекордні показники як в обчисленнях, так і в пам’яті. текст Дослідники Школи інженерії та прикладних наук Університету Пенсільванії представили нову конструкцію FE-FET, яка демонструє рекордні показники як в обчисленнях, так і в пам’яті. (Зображення: Penn Engineering) Недавнє дослідження, опубліковане в Природа нанотехнології («Сегнетоелектричні польові транзистори з двовимірним каналом і сегнетоелектричні польові транзистори AlScN, сумісні з масштабованою КМОП») під керівництвом Діпа Джарівали, доцента кафедри електротехніки та системної інженерії (ESE), і Кван-Хо Кіма, доктора філософії. кандидат у своїй лабораторії, дебютував у дизайні. Вони співпрацювали з іншими викладачами Penn Engineering Троєм Олссоном, також доцентом ESE, і Еріком Стахом, Робертом Д. Бентом, професором інженерії на факультеті матеріалознавства та інженерії (MSE) і директором лабораторії дослідження структури Матерія (LRSM). Транзистор шарує двовимірний напівпровідник під назвою дисульфід молібдену (MoS2) поверх сегнетоелектричного матеріалу під назвою нітрид скандію алюмінію (AlScN), що вперше демонструє, що ці два матеріали можна ефективно поєднувати для створення транзисторів у масштабах, привабливих для промислового виробництва. «Оскільки ми створили ці пристрої, поєднуючи сегнетоелектричний ізолятор із двовимірним напівпровідником, обидва дуже енергоефективні», — каже Джарівала. «Ви можете використовувати їх як для обчислень, так і для пам’яті — взаємозамінно та з високою ефективністю». Пристрій команди Penn Engineering відрізняється своєю безпрецедентною тонкістю, що дозволяє кожному окремому пристрою працювати з мінімальною площею поверхні. Крім того, маленькі пристрої можна виготовляти у вигляді великих масивів, які можна масштабувати до промислових платформ. «З нашим напівпровідником, MoS2, лише 0.7 нанометра, ми не були впевнені, що він зможе витримати кількість заряду, який наш сегнетоелектричний матеріал, AlScN, введе в нього», – каже Кім. «На наш подив, вони не тільки вижили, але й сила струму, яку пропускає напівпровідник, також була рекордною». Чим більше струму може передавати пристрій, тим швидше він може працювати для обчислювальних програм. Чим менший опір, тим вище швидкість доступу до пам'яті. Цей MoS2 і комбінація AlScN є справжнім проривом у транзисторній технології. FE-FET інших дослідницьких груп постійно заважали втраті сегнетоелектричних властивостей, оскільки пристрої мініатюризувалися для наближення до галузевих масштабів. До цього дослідження мініатюризація FE-FET призводила до значного скорочення «вікна пам’яті». Це означає, що коли інженери зменшують розмір конструкції транзистора, пристрій розвиває ненадійну пам’ять, приймаючи 1с за 0с і навпаки, що погіршує його загальну продуктивність. Лабораторія Jariwala та її співробітники досягли дизайну, який зберігає велике вікно пам’яті при вражаюче малих розмірах пристрою. З AlScN на 20 нанометрів і MoS2 на 0.7 нанометра FE-FET надійно зберігає дані для швидкого доступу. «Ключ, — каже Олссон, — це наш сегнетоелектричний матеріал AlScN. На відміну від багатьох сегнетоелектричних матеріалів, він зберігає свої унікальні властивості навіть у дуже тонкому стані. У нещодавній статті моєї групи ми показали, що ми можемо зберегти свої унікальні сегнетоелектричні властивості навіть при меншій товщині: 5 нанометрів». Подальші кроки команди Penn Engineering зосереджені на цій подальшій мініатюризації для виробництва пристроїв, які працюють із достатньо низькою напругою, щоб бути сумісними з провідним виробництвом побутових пристроїв. «Наші FE-FET неймовірно перспективні, — каже Джарівала. «З подальшим розвитком ці універсальні пристрої можуть знайти місце майже в будь-якій технології, про яку ви тільки можете подумати, особливо в тих, які підтримують штучний інтелект і споживають, генерують або обробляють величезні обсяги даних — від датчиків до комунікацій тощо».

Часова мітка:

Більше від Нановерк