Новое боковое хранилище данных: двумерная сегнетоэлектрическая полупроводниковая память

Традиционные технологии памяти сталкиваются с ограничениями с точки зрения скорости, масштабируемости и энергопотребления, что делает их непригодными для будущих приложений с интенсивным использованием данных. Сегнетоэлектрическая память вызвала огромный интерес в последние годы благодаря своему потенциалу энергонезависимого хранилища, позволяющего сохранять данные даже при отключенном питании. Разработка двумерного (2D) ван-дер-ваальсова материала α-In2Se3 также открыла новые возможности для развития технологий памяти.

Интересно, что сегнетоэлектрическая память делает гигантский шаг вперед, включив замечательные свойства α-In2Se3. Она известна высокой подвижностью носителей, регулируемой запрещенной зоной и сильными сегнетоэлектрическими свойствами на атомарном уровне, что делает ее идеальной для высокоскоростных приложений памяти.

Однако объем исследований ограничен отсутствием латеральных устройств α-In2Se3, которые демонстрируют электрические характеристики, управляемые поляризацией в плоскости (IP). При изготовлении сегнетоэлектрических полевых транзисторов с нижним контактом методом 2D отслаивания материала предпочтительна большая ширина электрода для повышения общего выхода.

Однако достижение наноразмерных длин каналов для электродов с наножильными зазорами становится сложной задачей при одновременном использовании электродов большой ширины, главным образом из-за существенного соотношения между шириной электрода и длиной канала.

Недавно группа исследователей во главе с профессором Ютакой Маджимой из Токийского технологического института (Tokyo Tech) предложила новую концепцию структуры нижнего контакта на наноуровне для решения этой проблемы. Они разработали сегнетоэлектрическое полупроводниковое запоминающее устройство с двухконтактным нижним контактом, структурированным наноглазкой, используя переключение поляризации IP α-In2Se3. Их работа опубликована в Advanced Science.

В отличие от предыдущих устройств, α-In2Se3 отслаивается на электродах в качестве нижнего контакта в данной конструкции. Поляризацию IP можно изменить, подав напряжение стока через канал с относительно узкой длиной 100 нм. Такая конструкция бокового канала обеспечивает более высокую плотность памяти, позволяя интегрировать множество ячеек памяти на одном чипе.

Кроме того, конфигурация боковой памяти, используемая в предлагаемой технологии, обеспечивает бесшовную интеграцию с существующими технологиями изготовления полупроводниковых устройств, облегчая плавный переход от современных технологий памяти к энергонезависимой сегнетоэлектрической памяти.

Исследователи обнаружили, что сегнетоэлектрическая память α-In2Se3 обладает типичным резистивным переключением, высоким коэффициентом включения / выключения более 103, большим окном памяти 13 В, хорошим сохранением в течение 17 часов и долговечностью в течение 1200 циклов. Это проложит путь к энергонезависимой сегнетоэлектрической памяти. Примечательно, что массивная интеграция становится многообещающей благодаря конструкции с нижним контактом, учитывая упрощенную конструкцию электроники следующего поколения.

"Наша сегнетоэлектрическая полупроводниковая память развивает IP-поляризацию α-In2Se3 за счет конструкции нижнего контакта длиной 100 нм, что представляет собой значительный скачок вперед в технологии памяти", - говорит профессор Дж. Маджима. "Мы считаем, что такая конструкция проложит путь к хранению данных и доступу к ним, а также откроет захватывающие возможности для различных приложений, включая искусственный интеллект, передовые вычисления и устройства Интернета вещей".