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 informatiques en mémoire, pourraient présenter de nombreux avantages, notamment des vitesses plus rapides et des capacités améliorées d’analyse des données.
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 le calcul 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 mis au point une stratégie efficace pour obtenir une polarisation électrique commutable dans le bisulfure de molybdène (MoS2). En utilisant cette méthodedécrit dans un Électronique naturelle 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 parallèlement dans nos flocons 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 incité à déterminer si ce MoS2 riche en limites de domaine peut être utilisé pour le développement d’une 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 de la 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 consiste à transformer le canal 3R-MoS2 en un matériau ferroélectrique commutable pendant le processus de croissance par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), » a expliqué Yang. « La formation de limites de domaine dans les films 3R-MoS2 est nécessaire pour posséder la capacité de changer de domaine polarisé ; cependant, cela est rare dans la plupart des films épitaxiaux 3R MoS2. Dans l’article, nous avons présenté une stratégie de synthèse pour augmenter les chances de limites de domaine. apparaissant dans le matériau, lui conférant 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, des temps de rétention supérieurs à 104 secondes et une endurance supérieure à 104 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 film 3R MoS2 », 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 très 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’information:
Tilo H. Yang et al, Transistors ferroélectriques basés sur du bisulfure de molybdène empilé par rhomboédrique médié par transformation par cisaillement, Électronique naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41928-023-01073-0
© 2023 Réseau Science X