Il team sviluppa transistor con scorrimento ferroelettrico basato sul disolfuro di molibdeno polarità commutabile.

23 dicembre 2023 feature

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by Ingrid Fadelli, Phys.org

Negli ultimi anni, gli ingegneri hanno cercato di ideare alternative di progettazione hardware che consentano a un singolo dispositivo di effettuare calcoli e memorizzare dati allo stesso tempo. Questa nuova generazione di dispositivi elettronici, chiamati dispositivi informatici-in-memoria, potrebbe vantare numerosi vantaggi, come velocità maggiori e capacità migliorate di analisi dei dati.

Per memorizzare i dati in modo sicuro e mantenere un basso consumo energetico, questi dispositivi dovrebbero basarsi su materiali ferroelettrici con proprietà vantaggiose e che possano ridursi in termini di spessore. È stato riscontrato che i semiconduttori bidimensionali (2D) che presentano una proprietà nota come ferroelettricità di scorrimento potrebbero essere candidati promettenti per realizzare dispositivi informatici-in-memoria, tuttavia trovare la polarizzazione elettrica commutabile necessaria in questi materiali può rivelarsi difficile.

Ricercatori della National Taiwan Normal University, del Taiwan Semiconductor Research Institute, della National Yang Ming Chiao Tung University e della National Cheng Kung University hanno recentemente ideato una strategia efficace per ottenere una polarizzazione elettrica commutabile nel disolfuro di molibdeno (MoS2). Utilizzando questo metodo, delineato in un articolo di Nature Electronics, hanno sviluppato nuovi promettenti transistor ferroelettrici per applicazioni informatiche-in-memoria.

"Abbiamo scoperto per caso numerose frontiere di dominio distribuite parallelamente nelle nostre lamelle di MoS2, coincidendo con il momento in cui è stata segnalata la conferma sperimentale della ferroelettricità di scorrimento nei materiali 2D", ha detto Tilo H Yang, coautore dell'articolo, a Phys.org. "Questa scoperta ci ha ispirato a considerare se questo MoS2 ricco di frontiere di dominio possa essere utilizzato per lo sviluppo di una memoria ferroelettrica".

L'obiettivo principale dello studio recente di Yang e dei suoi colleghi era individuare un metodo promettente per sintetizzare direttamente il MoS2 epitassiale con ferroelettricità di scorrimento. La strategia di fabbricazione che hanno identificato alla fine ha permesso loro di creare nuovi transistor ferroelettrici promettenti con caratteristiche vantaggiose.

"Una fase importante nella fabbricazione dei nostri transistor ferroelettrici è impostare il canale 3R-MoS2 in un materiale ferroelettrico commutabile durante il processo di crescita mediante deposizione chimica da vapore (CVD)", ha spiegato Yang. "La formazione di frontiere di dominio nei film 3R-MoS2 è necessaria per avere la capacità di commutare i domini polarizzati; tuttavia, questo è raro nella maggior parte dei film epitassiali di MoS2 3R. Nell'articolo, abbiamo presentato una strategia di sintesi per aumentare la possibilità che compaiano frontiere di dominio nel materiale, conferendogli la capacità di invertire il dominio in risposta alla tensione di gate".

I ricercatori hanno valutato i loro transistor ferroelettrici in una serie di test iniziali e hanno scoperto che si comportano bene, mostrando una finestra di memoria media di 7 V con una tensione applicata di 10 V, tempi di conservazione superiori a 104 secondi e resistenza superiore a 104 cicli. Questi risultati evidenziano il loro potenziale per applicazioni informatiche-in-memoria.

"I nostri transistor semiconduttori ferroelettrici presentano non volatilità, riprogrammabilità e bassi campi di commutazione con ferroelettricità di scorrimento, basati sulle dislocazioni indotte dalla trasformazione di taglio nei nostri film di MoS2 3R", ha detto Yang. "Con uno spessore di circa due strati atomici, il dispositivo è un componente promettente che può adattarsi ai requisiti della tecnologia CMOS all'avanguardia, ad esempio, sub-3 nm nodi".

In futuro, la strategia di fabbricazione proposta da Yang e dai suoi colleghi potrebbe essere utilizzata per sintetizzare altri promettenti materiali semiconduttori bidimensionali con ferroelettricità di scorrimento. A loro volta, questi materiali potrebbero essere utilizzati per creare nuovi dispositivi informatici-in-memoria ad alta prestazione, contribuendo all'avanzamento futuro dell'elettronica.

"Il nostro lavoro ha dimostrato la capacità di commutazione dei materiali ferroelettrici di scorrimento epitassiali e l'applicabilità di questa proprietà fisica recentemente scoperta in termini di memoria", hanno aggiunto Yang e Yann-Wen Lan. "I nostri film epitassiali hanno un grande potenziale per lo sviluppo di dispositivi di memoria ad ampio raggio e ad alta velocità. Con una migliore comprensione della correlazione tra meccanismi di commutazione e microstrutture di dominio, stiamo ora procedendo allo sviluppo di una memoria ad alta velocità di commutazione e a lunga conservazione".

Informazioni sulla rivista: Nature Electronics

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