Iz godine u godinu eksplozivni rast računalne snage oslanja se na sposobnost proizvođača da sve više komponenata uguraju u istu količinu prostora na silicijskom čipu. No taj je napredak ograničen fizikalnim zakonima pa stalno istražuju novi materijali istražuju kao potencijalne zamjene za silicijske poluvodiče.

Prednosti i mane FE-FET uređaja

Napredak već dugo obećava feroelektrični tranzistor s efektom polja ili FE-FET. Takvi bi uređaji mogli se prebacivati iz uloge u ulogu i koristiti se za računske operacije, ali i za pohranu podataka. Radeći istovremeno kao RAM i ROM, FE-FET uređaji omogućili bi čipovima da budu učinkoviti i moćniji.

Prepreka za izradu praktičnih FE-FET uređaja uvijek je bila proizvodnja. Naime, materijali koji najbolje pokazuju potreban feroelektrični učinak nisu kompatibilni s tehnikama za masovnu proizvodnju silicijskih komponenti zbog visokih temperatura feroelektričnih materijala.

No, sad je tim istraživača Škole za inženjerstvo i primijenjene znanosti Sveučilišta Pennsylvania, poznatije kao Penn Engineering ili SEAS, pokazao moguće rješenje problema. U nekoliko nedavnih studija dokazali su da se aluminijski nitrid dopiran feroelektričnim skandijem (AlScN) može koristiti za izradu FE-FET-a i memorijskih uređaja tipa dioda-memristor s komercijalno održivim svojstvima.

Perkspektivni molibden disulfid

Dizajneri čipova ograničenja obrade silnih količina podataka silicijem pokušavaju prevladati otkrićem materijala koji bi omogućili postavljanje memorijskih komponenti izravno na vrh procesora; oni u stvari teže izradi uređaja "dva u jedan".

Budući da se AlScN može taložiti na relativno niskim temperaturama, podatan je za izravno kombiniranje memorije s logičkim tranzistorima. Istraživači su ga jedino trebali integrirati s ostatkom arhitekture čipa.

Rješenje su pronašli u perspektivnom dvodimenzionalnom materijalu poznatom kao molibden disulfid ili MoS2. Koristeći jedan sloj MoS2 kao kanal iz FE-FET uređaja temeljenog na AlScN-u, tim je uspio testirati njegovu brzinu prebacivanja i stabilnost memorije. Rezultati su objavljeni u Nano Letters.

Stari koncept, nova rješenja

Inženjeri se konceptom FE-FET memorije bave od šezdesetih godina prošlog stoljeća godina, jer bi takvi uređaji mogli raditi na izuzetno maloj snazi. Ključno je pitanje bilo kako njihovu izradu učiniti kompatibilnom s procesorima i produljiti njihov vijek trajanja. Tu u igru ulaze 2D materijali istraživača Penn Engineeringa. 

Masovna proizvodnja

Istraživači su uspjeli stvoriti AlScN tanak svega 20 nanometara, čime se smanjuje veličina uređaja i potreban napon. Otkrili su i da uklanjanjem MoS2 i upotrebom AlScN-a u geometriji uređaja s dva terminala, on radi kao memorijski uređaj nalik diodi-memristoru.

A takvi uređaji jednostavniji su od FE-FET-ova i još ih je jednostavnije integrirati jer zahtijevaju manje komponenti koje se slažu u manje koraka.

Ekipa Penn Engineeringa sad nastavlja istraživati ​načine koji bi omogućile masovnu proizvodnju i integriranje ovih "dva u jedan" komponenti u dostupnu potrošačku elektroniku.