Au cours des dernières années, les ingénieurs ont tenté de concevoir des conceptions matérielles alternatives qui permettraient à un seul appareil d'effectuer des calculs et de stocker des données. Ces appareils électroniques émergents, connus sous le nom de dispositifs de calcul en mémoire, pourraient présenter de nombreux avantages, notamment des vitesses plus rapides et des capacités d'analyse de données améliorées.
Pour stocker les données en toute sécurité et conserver une faible consommation d’énergie, ces dispositifs doivent être basés sur des matériaux ferroélectriques aux propriétés avantageuses et pouvant être réduits en termes d’épaisseur. Les semi-conducteurs bidimensionnels (2D) qui présentent une propriété connue sous le nom de ferroélectricité glissante se sont révélés être des candidats prometteurs pour réaliser l'informatique en mémoire, mais atteindre la polarisation électrique commutable nécessaire dans ces matériaux peut s'avérer difficile.
Des chercheurs de l'Université normale nationale de Taiwan, de l'Institut de recherche sur les semi-conducteurs de Taiwan, de l'Université nationale Yang Ming Chiao Tung et de l'Université nationale Cheng Kung ont récemment conçu une stratégie efficace pour obtenir une polarisation électrique commutable dans le bisulfure de molybdène (MoS2 ). En utilisant cette méthode, décrite dans un document Nature Electronics papier, ils ont finalement développé de nouveaux transistors ferroélectriques prometteurs pour les applications informatiques en mémoire.
"Nous avons accidentellement découvert de nombreuses limites de domaines distribués en parallèle dans notre MoS2 flocons, 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 incité à nous demander si cette riche en limites de domaine MoS2 peut être utilisé pour le développement de la mémoire ferroélectrique."
L'objectif principal de l'étude récente menée par Yang et ses collègues était d'identifier une méthode prometteuse pour synthétiser directement du MoS2 épitaxial. avec ferroélectricité glissante. La stratégie de fabrication qu'ils ont identifiée leur a finalement permis de créer de nouveaux transistors ferroélectriques prometteurs dotés de caractéristiques avantageuses.
"Une étape importante dans la fabrication de nos transistors ferroélectriques est la mise en place du 3R-MoS2 canal dans un matériau ferroélectrique commutable pendant le processus de croissance par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), " a expliqué Yang. " La formation de limites de domaines dans 3R-MoS2 les films doivent posséder la capacité de changer de domaines polarisés ; cependant, cela est rare dans la plupart des MoS2 épitaxiaux 3R films. Dans cet article, nous avons présenté une stratégie de synthèse visant à augmenter les chances d'apparition de limites de domaine dans le matériau, lui conférant ainsi la capacité d'inversion 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, présentant une fenêtre de mémoire moyenne de 7 V avec une tension appliquée de 10 V, et des temps de rétention supérieurs à 10 4 . secondes et endurance supérieure à 10 4 cycles. Ces résultats mettent en évidence leur potentiel pour les applications de calcul en mémoire.
"Nos transistors à semi-conducteurs ferroélectriques se caractérisent par une non-volatilité, une reprogrammabilité et une ferroélectricité glissante à faibles champs de commutation, misant sur les dislocations induites par transformation de cisaillement dans notre 3R MoS2 film", a déclaré Yang. "Avec une épaisseur d'environ deux couches atomiques, le dispositif est un composant prometteur qui peut répondre 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 semi-conducteurs 2D prometteurs avec ferroélectricité glissante. Ces matériaux pourraient à leur tour être utilisés pour créer de nouveaux dispositifs informatiques en mémoire hautement performants, contribuant ainsi aux progrès futurs de l'électronique.
"Nos travaux ont prouvé la capacité de commutation des matériaux ferroélectriques à glissement épitaxial 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. Grâce à une meilleure compréhension de la corrélation entre les mécanismes de commutation et les microstructures de domaine, nous allons maintenant de l'avant pour développer une vitesse de commutation élevée et une mémoire à longue rétention. ."
Plus d'informations : Tilo H. Yang et al, Transistors ferroélectriques basés sur du bisulfure de molybdène empilé en rhomboédrique médié par transformation par cisaillement, Nature Electronics (2023). DOI :10.1038/s41928-023-01073-0
Informations sur le journal : Électronique naturelle
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