Исследователи из Пекинского университета под руководством Цю Чэньгуана и академика Пэн Ляньмао опубликовали в Science Advances работу, в которой продемонстрировали сегнетоэлектрический полевой транзистор (FeFET) с рекордными характеристиками. Главная особенность - использование углеродной нанотрубки в качестве затвора длиной всего 1 нанометр.

В основе – вертикальная структура MFMIS (металл-сегнетоэлектрик-металл-диэлектрик-полупроводник). В качестве канала - дисульфид молибдена (MoS₂), сегнетоэлектрик - CIPS (CuInP₂S₆), плавающий затвор - графен.

Наноразмерный затвор концентрирует электрическое поле подобно игле (используется эффект «наноострийного усиления электрического поля»). Это позволяет достичь локальной напряжённости поля 2,7×10⁶ В/см при напряжении всего 0,6 В, что ниже коэрцитивного напряжения самого сегнетоэлектрика. Эффективность по напряжению: 125% (работа ниже коэрцитивного поля за счёт геометрии).

В отличие от обычных транзисторов, где уменьшение длины канала ведёт к короткоканальным эффектам, в предложенной конструкции миниатюризация улучшает характеристики. Авторы называют это принципом масштабирования: чем меньше затвор, тем выше локальное поле и энергоэффективность.

💎 Напряжение питания в 0.6В - ниже «типового» напряжения в 0,7 В, которое используется для питания логических ядер. А если сравнивать с предыдущими разработками сегнетоэлектрических транзисторов, которые требовали напряжения 1.5В, то новый транзистор потребляет примерно в 10 раз меньше энергии - 0.45 фДж/мкм.

• Скорость переключения – 1.6 нс (при 3В, 20 нс при 0.6В).
• Соотношение токов включения/выключения - 2×10⁶.

💎 Заявляется, что FeFET транзисторы позволяют объединять в одной структуре функции хранения и обработки данных за счет выравнивания напряжения, необходимого для работы цифровой логики и кристаллов памяти, см. картинки.

• Потенциальная сфера применения – чипы ИИ следующего поколения
• Периферийные вычисления, где важна энергоэффективность
• Энергоэффективные ЦОД
• Нейроморфные вычисления

Авторы утверждают, что эффект концентрации поля может быть реализован в твердотельных нанозатворах, совместимых с CMOS-технологией (например, через атомно-слоевое осаждение).

Заявления амбициозные, но стоит еще дождаться результатов независимой проверки, масштабирования, исследований надежности.

иллюстрации - авторов исследования

--

теги: микроэлектроника горизонты технологий FeFET

--