В Китаї розробили перспективну флеш-пам'ять для штучного інтелекту

У пошуках заміни звичній пам'яті, що виробляється в рамках технологічного процесу КМОП і наблизилася до меж своїх можливостей, розробники знову і знову звертають погляд на пам'ять із сегнетоелектричними транзисторами FeFET. Вони мають значно вищу швидкість перемикання, ніж звичайні польові транзистори FinFET, не потребують живлення для збереження стану та споживають порівняно менше енергії. Але існували бар'єри, які їм заважали. 

Команда вчених з Пекінського університету (Peking University) запропонувала цікаве рішення для масштабування технологічного процесу виробництва транзисторів FeFET, яке було болючим місцем компонентів на основі сегнетоелектриків (в англомовній літературі — ферроелектриків). Також нова розробка значно знижує керуюче напруження таких транзисторів, яке довгий час не могло опуститися нижче 1,5 В. Очевидно, що це не дозволяло їм бути сумісними з сучасною малопотужною логікою, яка давно оперує напруженнями нижче 1 В.

Китайські дослідники вирішили задачу оригінально — вони підвищили концентрацію перемикаючого поля затвора, завдяки чому вдалося подолати коерцитивне поле ферроелектрика і переключити його поляризацію подачею меншого напруження. Концентрацію поля забезпечила металева одношарова вуглецева нанотрубка (m-SWCNT) довжиною 1 нм. Це і є затвор. Завдяки малому діаметру нанотрубки концентрація поля досягла рекордного рівня, і поляризацію матеріалу транзистора вдалося змінити подачею керуючого напруження всього 0,6 В. При цьому швидкість перемикання не постраждала, а енергонезалежні властивості FeFET збереглися.

В цілому запропонована структура сегнетоелектричного транзистора з затвором довжиною 1 нм виглядає наступним чином: канал з , тонкий діелектрик h-BN (5 нм), плаваючий затвор з багатошарового графену, ферроелектричний шар (CIPS) товщиною від 6,5 до 70 нм і затвор у вигляді металевої одношарової вуглецевої нанотрубки (m-SWCNT) довжиною 1 нм. Завдяки екстремально малому радіусу кривизни нанотрубки відбувається сильна концентрація електричного поля (посилення до 2,6 разів), що локально підвищує напруженість поля в сегнетоелектрику до В/см при зовнішньому напруженні всього –0,6 В.

Швидкість програмування запропонованої транзисторної архітектури складає 1,6 нс (при імпульсі 3 В). Утримання даних перевищує секунди, а зносостійкість — циклів без помітної деградації. Ці параметри значно перевищують традиційні FeFET за напруженням, швидкістю та споживанням.

Позначений прорив дозволяє вперше досягти повної сумісності за напруженням сегнетоелектричної пам'яті з передовою логікою, усуваючи необхідність у високовольтних ланцюгах і відкриваючи перспективи для наденергоефективних ІІ-чіпів, нейроморфних систем і пам'яті 3D-NAND.

Концепція нано-затворного посилення поля універсальна і може застосовуватися до інших сегнетоелектриків (HZO, перовскитам), а також інтегруватися в CMOS-процеси. Робота демонструє, що вуглецеві нанотрубки залишаються актуальними для найсучасніших технологічних норм найближчого майбутнього і закладає основу для енергонезалежних технологій з технологічним процесом менше 1 нм з мінімальними втратами і максимальною продуктивністю. До речі, в Samsung дотримуються тієї ж думки, але це вже інша історія.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки