Under de senaste åren har ingenjörer försökt ta fram alternativa hårdvarudesigner som gör det möjligt för en enda enhet att både utföra beräkningar och lagra data. Denna framväxande elektronik, känd som datorer i minnet, kan ha många fördelar, inklusive högre hastigheter och förbättrade dataanalysmöjligheter.
För att lagra data säkert och behålla en låg strömförbrukning bör dessa enheter baseras på ferroelektriska material med fördelaktiga egenskaper och som kan skalas ner vad gäller tjocklek. Tvådimensionella (2D) halvledare som uppvisar en egenskap som kallas glidande ferroelektricitet har visat sig vara lovande kandidater för att realisera datoranvändning i minnet, men det kan visa sig vara svårt att uppnå den nödvändiga omkopplingsbara elektriska polariseringen i dessa material.
Forskare vid National Taiwan Normal University, Taiwan Semiconductor Research Institute, National Yang Ming Chiao Tung University och National Cheng Kung University utarbetade nyligen en effektiv strategi för att uppnå en omkopplingsbar elektrisk polarisation i molybdendisulfid (MoS2 ). Med den här metoden, som beskrivs i en Nature Electronics papper utvecklade de till slut nya lovande ferroelektriska transistorer för datoranvändning i minnet.
"Vi upptäckte av misstag många parallellfördelade domängränser i vår MoS2 flingor, som sammanfaller med den tidpunkt då den experimentella bekräftelsen av glidande ferroelektricitet i 2D-material rapporterades," sa Tilo H Yang, medförfattare till tidningen, till Phys.org. "Denna upptäckt inspirerade oss att överväga om denna domängräns-rika MoS2 kan användas för utveckling av ferroelektriskt minne."
Det primära syftet med den nyligen genomförda studien av Yang och hans kollegor var att identifiera en lovande metod för att direkt syntetisera epitaxiell MoS2 med glidande ferroelektricitet. Tillverkningsstrategin de identifierade gjorde att de till slut kunde skapa lovande nya ferroelektriska transistorer med fördelaktiga egenskaper.
"Ett viktigt steg i tillverkningen av våra ferroelektriska transistorer är att installera 3R-MoS2 kanaliseras till ett omkopplingsbart ferroelektriskt material under tillväxtprocessen för kemisk ångavsättning (CVD), förklarade Yang. "Bildandet av domängränser i 3R-MoS2 filmer är nödvändiga för att ha förmågan att byta polariserade domäner; detta är dock sällsynt i de flesta epitaxiella 3R MoS2 filmer. I uppsatsen presenterade vi en syntesstrategi för att öka chansen att domängränser dyker upp i materialet, vilket ger det möjligheten att domänvända som svar på gate-spänningen."
Forskarna utvärderade sina ferroelektriska transistorer i en serie inledande tester och fann att de presterade bra, uppvisade ett genomsnittligt minnesfönster på 7V med en pålagd spänning på 10V, retentionstider över 10 4 sekunder och uthållighet större än 10 4 cykler. Dessa resultat framhäver deras potential för datoranvändning i minnet.
"Våra ferroelektriska halvledartransistorer har icke-flyktighet, omprogrammerbarhet och låga kopplingsfält som glider ferroelektricitet och bygger på skjuvtransformationsinducerade dislokationer i vår 3R MoS2 film," sa Yang. "Med en tjocklek på cirka två atomlager är enheten en lovande komponent som kan passa in i kraven för den senaste CMOS-tekniken, t.ex. noder under 3 nm."
I framtiden kan tillverkningsstrategin som föreslås av Yang och hans kollegor användas för att syntetisera andra lovande 2D-halvledande material med glidande ferroelektricitet. Dessa material skulle i sin tur kunna användas för att skapa nya högpresterande datorer i minnet, vilket bidrar till elektronikens framtida framsteg.
"Vårt arbete bevisade växlingsförmågan hos epitaxiella glidande ferroelektriska material och tillämpbarheten av denna nyligen upptäckta fysiska egenskap i termer av minne," tillade Yang och Yann-Wen Lan. "Våra epitaxifilmer har stor potential för utveckling av storskaliga, högkapacitetsminnesenheter. Med en bättre förståelse för sambandet mellan switchningsmekanismer och domänmikrostrukturer går vi nu framåt för att utveckla en hög switchhastighet och lång retentionsminne ."
Mer information: Tilo H. Yang et al, Ferroelektriska transistorer baserade på skjuvtransformationsförmedlad romboedrisk staplad molybdendisulfid, Nature Electronics (2023). DOI:10.1038/s41928-023-01073-0
Journalinformation: Naturelektronik
© 2023 Science X Network
