Un composant fondamental d'un transistor à effet de champ (FET) est le diélectrique de grille, qui détermine le nombre de porteurs de charge - électrons ou lacunes électroniques - pouvant être injectés dans le canal actif de l'appareil. Le graphène est récemment devenu le centre d'attention en tant que produit viable, remplacement haute performance du silicium dans les FET, et dans des études récentes sur les FET à base de graphène, les scientifiques ont étudié l'utilisation de films minces d'un matériau ferroélectrique pour le diélectrique de grille.

De tels films offrent plusieurs avantages intéressants pour une utilisation dans les FET à base de graphène :leur forte polarisation électrique permet d'introduire une densité de porteurs beaucoup plus élevée que ce qui peut être obtenu avec des diélectriques standards, et ils ont une polarisation électrique résiduelle - une propriété qui pourrait permettre aux FET graphène-ferroélectriques d'être utilisés pour la mémoire non volatile en stockant un certain niveau de densité de porteurs en l'absence de champ électrique.

Deux équipes collaboratrices de l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering et de l'Université nationale de Singapour, dirigé par Kui Yao et Barbaros Özylmaz, respectivement, précédemment démontré un dispositif de mémoire de base graphène-ferroélectrique dans lequel la polarisation dans le film ferroélectrique était contrôlée par la polarisation électrique appliquée à la borne de grille. Dans cette structure, un mince film ferroélectrique a été déposé au-dessus d'une couche de graphène, où il injecte des porteurs de charge et module ainsi la résistance du graphène. Malheureusement, cependant, les deux états de résistance distincts pouvant être lus comme un bit d'information ne pouvaient être réalisés qu'en polarisant et dépolarisant le film ferroélectrique, qui présentait des problèmes dus à l'instabilité de l'état de dépolarisation.

Maintenant, les deux équipes ont collaboré pour fabriquer un dispositif amélioré qui comprend un dioxyde de silicium supplémentaire (SiO 2 ) grille diélectrique sous la couche de graphène (voir image). Le SiO 2 portail, un composant de longue date dans les FET traditionnels, fournit effectivement un point de référence à partir duquel mesurer l'effet de la porte ferroélectrique. En surveillant la résistance du dispositif en fonction des tensions appliquées aux grilles haute et basse, les chercheurs ont développé une compréhension quantitative des performances et du comportement de commutation des FET graphène-ferroélectriques. Pour une utilisation en tant que dispositif de mémoire non volatile, la grille diélectrique SiO2 simplifie également l'écriture des bits en fournissant une source de fond supplémentaire de porteurs de charge, permettant de basculer la polarisation ferroélectrique entre deux états stables correspondant à deux orientations de polarisation opposées.

Le nouvel appareil développé par l'équipe de recherche a obtenu des résultats pratiques impressionnants, capable d'une écriture binaire symétrique avec un rapport de résistance entre les deux états de résistance supérieur à 500 % et une commutation non volatile reproductible supérieure à 100, 000 cycles.