Nos últimos anos, os engenheiros têm tentado desenvolver projetos de hardware alternativos que permitiriam que um único dispositivo realizasse cálculos e armazenasse dados. Esses eletrônicos emergentes, conhecidos como dispositivos de computação em memória, poderiam ter inúmeras vantagens, incluindo velocidades mais rápidas e recursos aprimorados de análise de dados.



Para armazenar dados de forma segura e manter um baixo consumo de energia, estes dispositivos devem ser baseados em materiais ferroelétricos com propriedades vantajosas e que possam ser reduzidos em termos de espessura. Descobriu-se que semicondutores bidimensionais (2D) que exibem uma propriedade conhecida como ferroeletricidade deslizante são candidatos promissores para a realização de computação em memória, mas atingir a polarização elétrica comutável necessária nesses materiais pode ser difícil.

Pesquisadores da National Taiwan Normal University, do Taiwan Semiconductor Research Institute, da National Yang Ming Chiao Tung University e da National Cheng Kung University desenvolveram recentemente uma estratégia eficaz para alcançar uma polarização elétrica comutável em dissulfeto de molibdênio (MoS₂ ). Usando este método, descrito em um artigo da Nature Electronics papel, eles finalmente desenvolveram novos transistores ferroelétricos promissores para aplicações de computação em memória.

"Nós acidentalmente descobrimos vários limites de domínio distribuídos paralelamente em nosso MoS₂ flocos, coincidindo com o momento em que a confirmação experimental de ferroeletricidade deslizante em materiais 2D foi relatada", disse Tilo H Yang, co-autor do artigo, ao Phys.org. "Esta descoberta nos inspirou a considerar se este rico em limites de domínio MoS₂ pode ser utilizado para o desenvolvimento de memória ferroelétrica."

O objetivo principal do estudo recente de Yang e seus colegas foi identificar um método promissor para sintetizar diretamente MoS epitaxial₂ com ferroeletricidade deslizante. A estratégia de fabricação que identificaram permitiu-lhes criar novos transistores ferroelétricos promissores com características vantajosas.

“Uma etapa importante na fabricação de nossos transistores ferroelétricos é a configuração do 3R-MoS₂ canal em um material ferroelétrico comutável durante o processo de crescimento de deposição química de vapor (CVD), "explicou Yang." A formação de limites de domínio em 3R-MoS₂ é necessário que os filmes possuam a capacidade de alternar domínios polarizados; no entanto, isso é raro na maioria dos MoS 3R epitaxiais₂ filmes. No artigo, apresentamos uma estratégia de síntese para aumentar a chance de limites de domínio aparecerem no material, dotando-o da capacidade de inversão de domínio em resposta à tensão da porta.”

Os pesquisadores avaliaram seus transistores ferroelétricos em uma série de testes iniciais e descobriram que eles tiveram um bom desempenho, exibindo uma janela média de memória de 7V com uma tensão aplicada de 10V, tempos de retenção acima de 10 ⁴  segundos e resistência superior a 10 ⁴ ciclos. Esses resultados destacam seu potencial para aplicações de computação em memória.

"Nossos transistores semicondutores ferroelétricos apresentam não volatilidade, reprogramação e baixos campos de comutação deslizando ferroeletricidade, apostando em deslocamentos induzidos por transformação de cisalhamento em nosso 3R MoS₂ filme", ​​disse Yang. "Com uma espessura de cerca de duas camadas atômicas, o dispositivo é um componente promissor que pode atender aos requisitos da tecnologia CMOS de última geração, por exemplo, nós sub-3 nm."

No futuro, a estratégia de fabricação proposta por Yang e seus colegas poderá ser usada para sintetizar outros materiais semicondutores 2D promissores com ferroeletricidade deslizante. Esses materiais poderiam, por sua vez, ser usados ​​para criar novos dispositivos de computação em memória de alto desempenho, contribuindo para o avanço futuro da eletrônica.

"Nosso trabalho provou a capacidade de comutação de materiais ferroelétricos de deslizamento epitaxial e a aplicabilidade desta propriedade física recentemente descoberta em termos de memória", acrescentaram Yang e Yann-Wen Lan. "Nossos filmes epitaxiais têm grande potencial para o desenvolvimento de dispositivos de memória de alto rendimento e em larga escala. Com uma melhor compreensão da correlação entre mecanismos de comutação e microestruturas de domínio, estamos agora avançando para desenvolver uma alta velocidade de comutação e longa memória de retenção ."

Mais informações: Tilo H. Yang et al, Transistores ferroelétricos baseados em dissulfeto de molibdênio empilhado romboédrico mediado por transformação de cisalhamento, Nature Electronics (2023). DOI:10.1038/s41928-023-01073-0
Informações do diário: Eletrônica da Natureza

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