Chinese onderzoekers onthullen 's werelds kleinste ferro-elektrische transistor met 1-nanometer gate

Een team onderzoekers van de Peking Universiteit en de Chinese Academie van Wetenschappen heeft 's werelds kleinste ferro-elektrische transistor ontwikkeld, waarbij de poortlengte met succes is teruggebracht tot slechts 1 nanometer. Dit nanogate apparaat - beschreven in het tijdschrift Science Advances - werkt bij slechts 0,6 volt, waarmee een kritiek knelpunt in het stroomverbruik in de halfgeleiderindustrie wordt opgelost.

Moderne logische chips werken efficiënt bij ongeveer 0,7 volt. Het belangrijkste niet-vluchtige geheugen, zoals NAND-flash, heeft echter meestal 5 volt of meer nodig om schrijfbewerkingen uit te voeren. Zelfs vroegere ferro-elektrische veldeffecttransistors (FeFET's) hadden meer dan 1,5 volt nodig. Dit spanningsverschil leidt tot complexe step-up circuits, waardoor kostbare ruimte en energie verloren gaan. In typische AI-chips wordt 60-90% van het totale stroomverbruik gebruikt voor gegevensoverdracht en niet voor daadwerkelijke berekeningen.

Om dit op te lossen gebruikte het onderzoeksteam, onder leiding van Qiu Chenguang en Peng Lianmao, metalen enkelwandige koolstofnanobuizen als gate-elektroden. Dit ontwerp werkt als een nanotip, die het elektrische veld concentreert om de koppeling tussen de ferro-elektrische laag en het kanaal te verbeteren.

Door deze veldversterking kan het apparaat zijn polarisatietoestand omkeren bij slechts 0,6 volt - lager dan de standaard logische spanning - met behoud van immuniteit voor kortekanaaleffecten.

De resulterende molybdeendisulfide (_MoS2) FeFET's vertonen superieure geheugenprestaties, met een huidige aan/uit-verhouding van 2 miljoen en een snelle programmeersnelheid van 1,6 nanoseconden. Door spanningscompatibiliteit tussen geheugen en logische eenheden te bereiken, elimineert de technologie de noodzaak voor extra laadpompcircuits, waardoor barrières voor gegevensinteractie met hoge snelheid worden weggenomen.

Volgens de onderzoekers is het onderliggende principe toepasbaar op gangbare ferro-elektrische materialen en compatibel met standaard industriële productieprocessen. Deze doorbraak heeft belangrijke implicaties voor de toekomst van grote modelinferenties, randintelligentie en draagbare apparaten, waar energie-efficiëntie van het grootste belang is.