Um chip de computador processa e armazena informações usando dois dispositivos diferentes. Se os engenheiros pudessem combinar esses dispositivos em um ou colocá-los lado a lado, então haveria mais espaço em um chip, tornando-o mais rápido e poderoso.

Os engenheiros da Purdue University desenvolveram uma maneira de os milhões de minúsculos interruptores usados ​​para processar informações - chamados de transistores - também armazenar essas informações como um único dispositivo.

O método, detalhado em um artigo publicado em Nature Electronics , consegue isso resolvendo outro problema:combinar um transistor com tecnologia de memória de alto desempenho do que a usada na maioria dos computadores, chamado RAM ferroelétrico.

Os pesquisadores vêm tentando há décadas integrar os dois, mas problemas acontecem na interface entre um material ferroelétrico e silício, o material semicondutor que compõe os transistores. Em vez de, RAM ferroelétrica opera como uma unidade separada no chip, limitando seu potencial para tornar a computação muito mais eficiente.

Uma equipe liderada por Peide Ye, o professor Richard J. e Mary Jo Schwartz de Engenharia Elétrica e de Computação em Purdue, descobriu como superar a relação inimiga mortal entre o silício e um material ferroelétrico.

“Usamos um semicondutor que tem propriedades ferroelétricas. Dessa forma, dois materiais se tornam um único material, e você não precisa se preocupar com os problemas de interface, "Ye disse.

O resultado é um chamado transistor de efeito de campo semicondutor ferroelétrico, construído da mesma forma que os transistores usados ​​atualmente em chips de computador.

O material, seleneto de alfa índio, não só tem propriedades ferroelétricas, mas também aborda a questão de um material ferroelétrico convencional geralmente agindo como um isolante em vez de um semicondutor devido a uma chamada "banda larga", "o que significa que a eletricidade não pode passar e nenhuma computação acontece.

O seleneto de alfa índio tem uma lacuna de banda muito menor, tornando possível que o material seja um semicondutor sem perder as propriedades ferroelétricas.

Mengwei Si, um pesquisador de pós-doutorado em Purdue em engenharia elétrica e da computação, construiu e testou o transistor, descobrindo que seu desempenho era comparável aos transistores de efeito de campo ferroelétricos existentes, e pode superá-los com mais otimização. Sumeet Gupta, um professor assistente de engenharia elétrica e da computação da Purdue, e Ph.D. o candidato Atanu Saha forneceu suporte de modelagem.

A equipe de Si e Ye também trabalhou com pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia para construir seleneto de índio alfa em um espaço em um chip, chamada de junção de túnel ferroelétrico, que os engenheiros podem usar para aprimorar as capacidades de um chip. A equipe apresenta este trabalho em 9 de dezembro no IEEE International Electron Devices Meeting 2019.

No passado, os pesquisadores não foram capazes de construir uma junção de túnel ferroelétrico de alto desempenho porque sua ampla lacuna de banda tornava o material muito espesso para a passagem da corrente elétrica. Como o seleneto de alfa índio tem uma lacuna de banda muito menor, o material pode ter apenas 10 nanômetros de espessura, permitindo que mais corrente flua através dele.

Mais corrente permite que uma área de dispositivo seja reduzida a vários nanômetros, tornando os chips mais densos e eficientes em termos de energia, Ye disse. Um material mais fino - mesmo com a espessura de uma camada atômica - também significa que os eletrodos de cada lado de uma junção de tunelamento podem ser muito menores, o que seria útil para a construção de circuitos que imitam redes no cérebro humano.