Ferrosähköinen transistori muistaa ja laskee

Pennsylvanian yliopiston tutkijat ovat ottaneet käyttöön uuden FE-FET-mallin, joka osoittaa ennätysmäistä suorituskykyä sekä tietojenkäsittelyssä että muisteissa.

Big Datan vallankumous rasittaa huippuluokan elektronisten laitteiden kykyjä ja haastanut insinöörit miettimään uudelleen lähes kaikkia mikrosirun näkökohtia. Ferrosähköiset kenttätransistorit (FE-FET) ovat kiehtovimpia vastauksia tähän haasteeseen. FE-FETeillä on lisätoiminto, jota tavanomaisilla transistoreilla ei ole: niiden ferrosähköisten ominaisuuksien ansiosta ne ylläpitävät sähköistä varausta.

Tämän ominaisuuden ansiosta ne voivat toimia haihtumattomina muistirakenteina sekä laskentapiireinä. FE-FET:t, jotka pystyvät sekä tallentamaan että käsittelemään dataa, ovat useiden tutkimus- ja kehitysprojektien kohteena. Onnistunut FE-FET-suunnittelu alittaisi dramaattisesti perinteisten laitteiden koon ja energiankäyttökynnykset sekä lisäisi nopeutta.

Pennsylvanian tutkijat ovat ottaneet käyttöön uuden FE-FET-mallin, joka osoittaa ennätysmäistä suorituskykyä sekä tietojenkäsittelyssä että muistissa.

Transistorissa kerrostuu kaksiulotteisen molybdeenidisulfidi (MoS2) alumiiniskandiumnitridin (AlScN) päälle, mikä osoittaa ensimmäistä kertaa, että nämä kaksi materiaalia voidaan yhdistää tehokkaasti transistoreiden luomiseksi teollisen valmistuksen kannalta houkuttelevassa mittakaavassa.

"Koska olemme tehneet nämä laitteet yhdistämällä ferrosähköisen eristemateriaalin 2D-puolijohteeseen, molemmat ovat erittäin energiatehokkaita", Jariwala sanoo. "Voit käyttää niitä sekä laskentaa että muistiin – vaihdettavasti ja tehokkaasti."

"Puolijohteemme MoS2:n ollessa vain 0,7 nanometriä paksu emme olleet varmoja, kestäisikö se varauksen määrää, jonka ferrosähköinen materiaalimme AlScN injektoisi siihen", Kwan-Ho Kim sanoo. "Yllätykseksemme molemmat selvisivät siitä, mutta myös virran määrä, jonka tämä mahdollistaa puolijohteen kuljettamisen, oli ennätys."

Mitä enemmän virtaa laite voi kuljettaa, sitä nopeammin se voi toimia laskentasovelluksissa. Mitä pienempi vastus, sitä nopeampi on muistin käyttönopeus.

Tämä MoS2- ja AlScN-yhdistelmä on todellinen läpimurto transistoriteknologiassa. Muiden tutkimusryhmien FE-FET:itä on jatkuvasti jarruttanut ferrosähköisten ominaisuuksien menetys kun rakenteet pienenevät saavuttaakseen alalla sopivia mittakaavoja.

"Avain" on tutkijoiden mukaa ferrosähköinen materiaali AlScN. Toisin kuin monet ferrosähköiset materiaalit, se säilyttää ainutlaatuiset ominaisuutensa myös erittäin ohuena.

"FE-FETimme ovat uskomattoman lupaavia", Deep Jariwala sanoo. "Jatkokehityksen myötä näille monipuolisille laitteille voisi löytyä paikka melkein missä tahansa tekniikassa, jota voit kuvitella, varsinkin sellaisissa, jotka ovat tekoälyyhteensopivia ja kuluttavat, tuottavat tai käsittelevät valtavia määriä dataa – tunnistamisesta viestintään ja muuhun.”

Aiheesta aiemmin: