L'équipe développe des transistors avec une ferroélectricité coulissante basée sur le disulfure de molybdène polarité commutable.

23 décembre 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli, Phys.org

Au cours des dernières années, les ingénieurs ont cherché à concevoir des designs matériels alternatifs permettant à un seul appareil d'effectuer à la fois des calculs et de stocker des données. Ces nouvelles électroniques, connues sous le nom de dispositifs de calcul en mémoire, pourraient présenter de nombreux avantages, notamment des vitesses plus rapides et des capacités améliorées d'analyse des données.

Pour stocker les données de manière sûre et avec une consommation d'énergie réduite, ces appareils devraient être basés sur des matériaux ferroélectriques ayant des propriétés avantageuses et pouvant être réduits en termes d'épaisseur. Deux semi-conducteurs bidimensionnels (2D) qui présentent une propriété appelée ferroélectricité glissante se sont révélés être des candidats prometteurs pour la réalisation du calcul en mémoire, mais obtenir la polarisation électrique commutable nécessaire dans ces matériaux peut s'avérer difficile.

Des chercheurs de la National Taiwan Normal University, Taiwan Semiconductor Research Institute, National Yang Ming Chiao Tung University et National Cheng Kung University ont récemment mis au point une stratégie efficace pour obtenir une polarisation électrique commutable dans le disulfure de molybdène (MoS2). En utilisant cette méthode, présentée dans un article de la revue Nature Electronics, ils ont finalement développé de nouveaux transistors ferroélectriques prometteurs pour des applications de calcul en mémoire.

"Nous avons découvert accidentellement de nombreuses frontières de domaine réparties en parallèle dans nos plaques de MoS2, coïncidant avec le moment où la confirmation expérimentale de la ferroélectricité glissante dans les matériaux 2D a été rapportée", a déclaré Tilo H Yang, co-auteur de l'article, à Phys.org. "Cette découverte nous a inspirés à considérer si ce MoS2 riche en frontières de domaine peut être utilisé pour le développement de la mémoire ferroélectrique."

L'objectif principal de l'étude récente de Yang et ses collègues était d'identifier une méthode prometteuse pour synthétiser directement du MoS2 épitaxial avec une ferroélectricité glissante. La stratégie de fabrication qu'ils ont identifiée leur a finalement permis de créer de nouveaux transistors ferroélectriques prometteurs avec des caractéristiques avantageuses.

"Une étape importante dans la fabrication de nos transistors ferroélectriques est de mettre en place le canal 3R-MoS2 en tant que matériau ferroélectrique commutable lors du processus de croissance par dépôt chimique en phase vapeur (CVD)", a expliqué Yang. "La formation de frontières de domaine dans les films 3R-MoS2 est nécessaire pour avoir la capacité de commuter entre les domaines polarisés ; cependant, cela est rare dans la plupart des films 3R MoS2 épitaxiaux. Dans l'article, nous avons présenté une stratégie de synthèse pour augmenter la probabilité d'apparition de frontières de domaine dans le matériau, lui conférant la capacité de basculer de domaine en réponse à la tension de grille."

Les chercheurs ont évalué leurs transistors ferroélectriques lors d'une série de tests initiaux et ont constaté qu'ils fonctionnaient bien, avec une fenêtre de mémoire moyenne de 7V avec une tension appliquée de 10V, des temps de rétention supérieurs à 104 secondes et une endurance supérieure à 104 cycles. Ces résultats soulignent leur potentiel pour les applications de calcul en mémoire.

"Nos transistors à semi-conducteur ferroélectriques présentent une non-volatilité, une reprogrammabilité et une ferroélectricité à basse intensité de commutation glissante, grâce aux dislocations induites par la transformation de cisaillement dans notre film 3R MoS2", a déclaré Yang. "Avec une épaisseur d'environ deux couches atomiques, le dispositif est un composant prometteur qui peut s'adapter aux exigences de la technologie CMOS de pointe, par exemple, les nœuds inférieurs à 3 nm."

À l'avenir, la stratégie de fabrication proposée par Yang et ses collègues pourrait être utilisée pour synthétiser d'autres matériaux semiconducteurs bidimensionnels prometteurs avec une ferroélectricité glissante. Ces matériaux pourraient à leur tour être utilisés pour créer de nouveaux dispositifs de calcul en mémoire hautement performants, contribuant à l'avancement futur de l'électronique.

"Notre travail a démontré la capacité de commutation des matériaux ferroélectriques glissants épitaxiaux et l'applicabilité de cette propriété physique récemment découverte en termes de mémoire", ont ajouté Yang et Yann-Wen Lan. "Nos films épitaxiaux présentent un grand potentiel pour le développement de dispositifs de mémoire à grande échelle et à haut débit. Avec une meilleure compréhension de la corrélation entre les mécanismes de commutation et les microstructures de domaine, nous avançons maintenant vers le développement d'une mémoire à commutation rapide et à longue rétention."

Informations sur la revue : Nature Electronics

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