Ikke-flygtig hukommelse baseret på ferroelektrisk-grafen felt-effekt transistorer er nu et skridt tættere på virkeligheden

En grundlæggende komponent i en felteffekttransistor (FET) er portdelektrisk, som bestemmer antallet af ladningsbærere - elektroner eller elektroner - der kan injiceres i enhedens aktive kanal. Graphene er for nylig blevet fokus for opmærksomhed som en levedygtig, højtydende erstatning for silicium i FET'er, og i nyere undersøgelser af grafenbaserede FET'er, forskere har undersøgt brugen af ​​tynde film af et ferroelektrisk materiale til portdielektrikum.

Sådanne film giver flere interessante fordele ved brug i grafenbaserede FET'er:deres stærke elektriske polarisering gør det muligt at introducere en meget højere densitet af bærere, end der kan opnås ved hjælp af standard dielektrik, og de har rest elektrisk polarisering - en egenskab, der kunne tillade, at grafen -ferroelektriske FET'er bruges til ikke -flygtig hukommelse ved at lagre et bestemt niveau af bærertæthed i fravær af et elektrisk felt.

To samarbejdende teams fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og National University of Singapore, ledet af Kui Yao og Barbaros Özylmaz, henholdsvis, tidligere demonstreret en grundlæggende grafen -ferroelektrisk hukommelsesenhed, hvor polarisationen i den ferroelektriske film blev styret af den elektriske bias, der blev påført portterminalen. I den struktur, en tynd ferroelektrisk film blev afsat oven på et grafenlag, hvor den injicerer ladningsbærere og dermed modulerer grafens modstand. Desværre, imidlertid, de to distinkte modstandstilstande, der kunne læses som en informationsbit, kunne kun realiseres ved at polarisere og depolarisere den ferroelektriske film, hvilket gav problemer på grund af ustabiliteten i depolariseringstilstanden.

Nu, de to teams har samarbejdet om at fremstille en forbedret enhed, der indeholder yderligere siliciumdioxid (SiO ₂ ) dielektrisk port under grafenlaget (se billede). SiO ₂ Port, en mangeårig komponent i traditionelle FET'er, giver effektivt et referencepunkt, hvorfra man kan måle effekten af ​​ferroelektrisk gating. Ved at overvåge enhedens modstand som en funktion af spændingerne på de øverste og nederste porte, forskerne udviklede en kvantitativ forståelse af ydeevne og koblingsadfærd for grafen -ferroelektriske FET'er. Til brug som en ikke -flygtig hukommelsesenhed, SiO2 -dielektrisk port forenkler også bitskrivning ved at tilvejebringe en ekstra baggrunds kilde til ladningsbærere, tillader, at den ferroelektriske polarisering kan skiftes mellem to stabile tilstande svarende til to modsatte polarisationsorienteringer.

Den nye enhed udviklet af forskerholdet opnåede imponerende praktiske resultater, i stand til symmetrisk bitskrivning med et modstandsforhold mellem de to modstandstilstande på over 500% og reproducerbar ikke -flygtig omskiftning over 100, 000 cykler.