Chińscy naukowcy zaprezentowali najmniejszy na świecie tranzystor ferroelektryczny z bramką 1 nanometra

Zespół naukowców z Uniwersytetu Pekińskiego i Chińskiej Akademii Nauk opracował najmniejszy na świecie tranzystor ferroelektryczny, z powodzeniem zmniejszając długość bramki do zaledwie 1 nanometra. To urządzenie nanogate - szczegółowo opisane w czasopiśmie Science Advances - działa przy zaledwie 0,6 V, pokonując krytyczne wąskie gardło zużycia energii w przemyśle półprzewodnikowym.

Nowoczesne układy logiczne działają wydajnie przy napięciu około 0,7 V. Jednak pamięć nieulotna głównego nurtu, taka jak NAND flash, zazwyczaj wymaga napięcia 5 V lub wyższego do wykonywania operacji zapisu. Nawet poprzednie ferroelektryczne tranzystory polowe (FeFET) wymagały ponad 1,5 V. To niedopasowanie napięć prowadzi do złożonych obwodów podwyższających napięcie, marnując cenną przestrzeń i energię. W typowych układach sztucznej inteligencji 60-90% całkowitego zużycia energii jest wykorzystywane jedynie do przesyłania danych, a nie do rzeczywistych obliczeń.

Aby rozwiązać ten problem, zespół badawczy, kierowany przez Qiu Chenguanga i Peng Lianmao, wykorzystał metaliczne jednościenne nanorurki węglowe jako elektrody bramki. Taka konstrukcja działa jak nanotip, koncentrując pole elektryczne w celu wzmocnienia sprzężenia między warstwą ferroelektryczną a kanałem.

To wzmocnienie pola pozwala urządzeniu na zmianę stanu polaryzacji przy napięciu zaledwie 0,6 V - niższym niż standardowe napięcie logiczne - przy jednoczesnym zachowaniu odporności na efekty krótkiego kanału.

Powstałe w ten sposób tranzystory FeFET z dwusiarczku molibdenu (_MoS2) charakteryzują się doskonałą wydajnością pamięci, oferując stosunek prądu włączania do wyłączania na poziomie 2 milionów i szybką prędkość programowania wynoszącą 1,6 nanosekundy. Osiągając kompatybilność napięciową między pamięcią a jednostkami logicznymi, technologia ta eliminuje potrzebę stosowania dodatkowych obwodów pompy ładunkowej, usuwając bariery dla szybkiej interakcji danych.

Według naukowców, podstawowa zasada ma zastosowanie do głównych materiałów ferroelektrycznych i jest kompatybilna ze standardowymi przemysłowymi procesami produkcyjnymi. Przełom ten ma znaczące implikacje dla przyszłości wnioskowania na podstawie dużych modeli, inteligencji brzegowej i urządzeń do noszenia, w których efektywność energetyczna ma kluczowe znaczenie.