Год за годом стремительный рост вычислительной мощности зависит от способности производителей размещать все больше и больше компонентов в одном и том же пространстве кремниевого чипа. Этот прогресс, однако, сейчас приближается к пределам законов физики. Одно из ключевых направлений исследований, в настоящее время, — поиск новых материалов, которые придут на замену кремниевым полупроводникам, исчерпавшим свой потенциал.
Новые материалы могут также открыть совершенно новые парадигмы для отдельных компонентов микросхем и их общей конструкции. Одним из долгожданных открытий является сегнетоэлектрический полевой транзистор, или FE-FET. Такие устройства могут переключать состояния достаточно быстро, чтобы выполнять вычисления, но также могут сохранять эти состояния без питания, что позволяет им функционировать как долговременное хранилище памяти. Выполняя двойную функцию, как ОЗУ, так и ПЗУ, устройства FE-FET сделают микросхемы более компактными и мощными.
Препятствие для создания практичных устройств FE-FET всегда было в производстве; материалы, которые лучше всего демонстрируют необходимый сегнетоэлектрический эффект, несовместимы с технологиями массового производства кремниевых компонентов из-за требований к высокой температуре сегнетоэлектрических материалов.
Теперь группа исследователей из Школы инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета показала потенциальный способ решения этой проблемы. В двух исследованиях они продемонстрировали, что нитрид алюминия, легированный скандием (AlScN), недавно обнаруженный материал, демонстрирующий сегнетоэлектричество, может использоваться для изготовления FE-FET, а также устройств памяти типа диод-мемристор с коммерчески жизнеспособными свойствами. Они опубликовали свои выводы в журналах Nano Letters и Applied Physics Letters.
Инженеры нашли решение в многообещающем двумерном материале, известном как дисульфид молибдена или MoS2. Используя один слой MoS2 в качестве канала для устройства FE-FET на базе AlScN, команда смогла протестировать его скорость переключения и стабильность памяти.
Следующим шагом для группы было уменьшение размеров получившихся запоминающих устройств. В своей работе они продемонстрировали способность производить AlScN толщиной всего 20 нанометров, уменьшая общий размер устройства, а также необходимое напряжение. Исследователи будут продолжать поиск технологии производства этих устройств, которая позволит производить их массово и интегрировать в бытовую электронику.
