Çinli araştırmacılar 1 nanometre geçitli dünyanın en küçük ferroelektrik transistörünü tanıttı

Pekin Üniversitesi ve Çin Bilimler Akademisi'nden bir grup araştırmacı, geçit uzunluğunu sadece 1 nanometreye indirmeyi başararak dünyanın en küçük ferroelektrik transistörünü geliştirdi. Science Advances dergisinde ayrıntıları verilen bu nanogate cihazı, sadece 0,6 voltta çalışarak yarı iletken endüstrisindeki kritik bir güç tüketimi darboğazının üstesinden geliyor.

Modern mantık çipleri yaklaşık 0,7 voltta verimli bir şekilde çalışmaktadır. Bununla birlikte, NAND flash gibi ana akım uçucu olmayan bellekler, yazma işlemlerini gerçekleştirmek için tipik olarak 5 volt veya daha yüksek bir değere ihtiyaç duyar. Önceki ferroelektrik alan etkili transistörler (FeFET'ler) bile 1,5 voltun üzerinde voltaj gerektiriyordu. Bu voltaj uyuşmazlığı, değerli alan ve enerjiyi boşa harcayan karmaşık yükseltme devrelerini beraberinde getirir. Tipik yapay zeka çiplerinde, toplam güç tüketiminin %60-90'ı gerçek hesaplama yerine yalnızca veri aktarımı için kullanılıyor.

Bunu çözmek için Qiu Chenguang ve Peng Lianmao liderliğindeki araştırma ekibi, kapı elektrotları olarak metalik tek duvarlı karbon nanotüpler kullandı. Bu tasarım, ferroelektrik katman ile kanal arasındaki bağlantıyı artırmak için elektrik alanını yoğunlaştıran bir nanotip işlevi görüyor.

Bu alan artışı, kısa kanal etkilerine karşı bağışıklığı korurken cihazın polarizasyon durumunu sadece 0,6 voltta (standart mantık voltajından daha düşük) çevirmesine olanak tanır.

Ortaya çıkan molibden disülfür (_MoS2) FeFET'ler, 2 milyonluk bir akım açma/kapama oranına ve 1,6 nanosaniyelik hızlı bir programlama hızına sahip üstün bir bellek performansı sergiliyor. Bellek ve mantık birimleri arasında voltaj uyumluluğu sağlayan teknoloji, ekstra şarj pompası devrelerine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak yüksek hızlı veri etkileşiminin önündeki engelleri kaldırıyor.

Araştırmacılara göre, temel prensip ana akım ferroelektrik malzemelere uygulanabilir ve standart endüstriyel üretim süreçleriyle uyumludur. Bu buluş, enerji verimliliğinin çok önemli olduğu büyük model çıkarımı, uç zeka ve giyilebilir cihazların geleceği için önemli sonuçlar doğuruyor.