Китайские исследователи представили самый маленький в мире ферроэлектрический транзистор с 1-нанометровым затвором

Группа исследователей из Пекинского университета и Китайской академии наук разработала самый маленький в мире ферроэлектрический транзистор, успешно уменьшив длину затвора всего до 1 нанометра. Это устройство с нанозатвором, о котором подробно рассказывается в журнале Science Advances, работает при напряжении всего 0,6 вольта, преодолевая критическое узкое место в полупроводниковой промышленности, связанное с потреблением энергии.

Современные логические микросхемы эффективно работают при напряжении около 0,7 вольт. Однако энергонезависимая память, такая как флэш-память NAND, обычно требует напряжения 5 вольт или выше для выполнения операций записи. Даже прежние ферроэлектрические полевые транзисторы (FeFET) требовали более 1,5 вольт. Такое несоответствие напряжений приводит к появлению сложных повышающих цепей, что приводит к потере ценного пространства и энергии. В типичных чипах искусственного интеллекта 60-90% всей потребляемой мощности расходуется только на передачу данных, а не на реальные вычисления.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа под руководством Цю Ченгуана и Пэн Ляньмао использовала металлические одностенные углеродные нанотрубки в качестве электродов затвора. Такая конструкция функционирует как нанонаконечник, концентрируя электрическое поле для усиления связи между ферроэлектрическим слоем и каналом.

Такое усиление поля позволяет устройству менять состояние поляризации при напряжении всего 0,6 вольта - ниже стандартного логического напряжения - и при этом сохранять устойчивость к короткоканальным эффектам.

Полученные в результате дисульфид молибдена (_MoS2) FeFET демонстрируют превосходные характеристики памяти: коэффициент включения/выключения тока составляет 2 миллиона, а скорость программирования - 1,6 наносекунды. Благодаря совместимости напряжений между памятью и логическими блоками, технология устраняет необходимость в дополнительных цепях накачки заряда, устраняя барьеры для высокоскоростного взаимодействия данных.

По словам исследователей, принцип, лежащий в основе технологии, применим к основным ферроэлектрическим материалам и совместим со стандартными промышленными производственными процессами. Этот прорыв имеет большое значение для будущего выводов по большим моделям, краевого интеллекта и носимых устройств, где энергоэффективность имеет первостепенное значение.