MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
В поисках замены привычной памяти, производимой в рамках техпроцесса КМОП и приблизившейся к границам своих возможностей, разработчики снова и снова обращают взор на память с сегнетоэлектрическими транзисторами FeFET. Они обладают намного большей скоростью переключения, чем обычные полевые транзисторы FinFET, не требуют питания для сохранения состояния и потребляют сравнительно меньше энергии. Но существовали барьеры, которые им мешали. Существовали…
Источник изображений: Science Advances 2026
Команда учёных из Пекинского университета (Peking University) предложила интересное решение для масштабирования техпроцесса производства транзисторов FeFET, которое было больным местом компонентов на основе сегнетоэлектриков (в англоязычной литературе — ферроэлектриков). Также новая разработка значительно снижает управляющее напряжение таких транзисторов, которое долгое время не могло опуститься ниже 1,5 В. Очевидно, что это не позволяло им быть совместимыми с современной малопотребляющей логикой, которая давно оперирует напряжениями ниже 1 В.
Китайские исследователи решили задачу оригинально — они повысили концентрацию переключающего поля затвора, за счёт чего удалось преодолеть коэрцитивное поле ферроэлектрика и переключить его поляризацию подачей меньшего напряжения. Концентрацию поля обеспечила металлическая однослойная углеродная нанотрубка (m-SWCNT) длиной 1 нм. Это и есть затвор. За счёт малого диаметра нанотрубки концентрация поля достигла рекордного уровня, и поляризацию материала транзистора удалось изменить подачей управляющего напряжения всего 0,6 В. При этом скорость переключения не пострадала, а энергонезависимые свойства FeFET сохранились.
В целом предложенная структура сегнетоэлектрического транзистора с затвором 1-нм длины выглядит следующим образом: канал из MoS₂, тонкий диэлектрик h-BN (5 нм), плавающий затвор из многослойного графена, ферроэлектрический слой CuInP₂S₆ (CIPS) толщиной от 6,5 до 70 нм и затвор в виде металлической однослойной углеродной нанотрубки (m-SWCNT) длиной 1 нм. Благодаря экстремально малому радиусу кривизны нанотрубки происходит сильная концентрация электрического поля (усиление до 2,6 раза), что локально повышает напряжённость поля в сегнетоэлектрике до 2,7 × 10⁶ В/см при внешнем напряжении всего –0,6 В.
Скорость программирования предложенной транзисторной архитектуры составляет 1,6 нс (при импульсе 3 В). Удержание данных превышает 10⁴ секунд, а износоустойчивость превышает 10⁴ циклов без заметной деградации. Эти параметры значительно превосходят традиционные FeFET по напряжению, скорости и потреблению.
Обозначенный прорыв позволяет впервые добиться полной совместимости по напряжению сегнетоэлектрической памяти с передовой логикой, устраняя необходимость в высоковольтных цепях и открывая перспективы для сверхэнергоэффективных ИИ-чипов, нейроморфных систем и памяти 3D-NAND.
Концепция нанозатворного усиления поля универсальна и может применяться к другим сегнетоэлектрикам (HZO, перовскитам), а также интегрироваться в CMOS-процессы. Работа демонстрирует, что углеродные нанотрубки остаются актуальными для самых продвинутых технологических норм ближайшего будущего и закладывает основу для энергонезависимых технологий с техпроцессом менее 1 нм с минимальными потерями и максимальной производительностью. Кстати, в Samsung придерживаются того же мнения, но это уже другая история.
Источник:
