A Tokiói Egyetem Ipari Tudományok Intézetének tudósai háromdimenziós, függőlegesen kialakított térhatású tranzisztorokat állítottak elő. Ez a fejlesztés új, még kisebb és környezetbarátabb adattároló memóriák létrehozását teheti lehetővé.
A nagy sűrűségű adattároló eszközök gyártásához ferroelektromos kapuszigetelő és atomos rétegben leválasztott oxid félvezető csatornákat alkalmaztak. Illetve a ferroelektromos helyett antiferroelektromos megoldás esetén azt találták, hogy az adatok törléséhez csak egy apró nettó töltés szükséges, ami hatékonyabb írási műveleteket eredményez.
A fogyasztói flash meghajtók már most is hatalmas javulást mutatnak az adatok tárolásában a korábbi számítógépes adathordozó-formátumokhoz képest a méret, a kapacitás és a megfizethetőség területén. Az új gépi tanulási és Big Data-alkalmazások azonban tovább növelik az innováció iránti igényt. Emellett a mobil felhőalapú eszközök és a jövőbeli Internet of Things csomópontok energiatakarékos és kis méretű memóriát kívánnak majd. A jelenlegi flashmemória-technológiák azonban viszonylag sok áramot igényelnek az adatok olvasásához vagy írásához.
A Tokiói Egyetem kutatócsoportja most egy olyan 3D-s, egymásra épülő elemekből álló memóriacellát fejlesztett ki, amely ferroelektromos és antiferroelektromos mezőhatás-tranzisztorokon (FET) alapul, atomrétegben leválasztott oxid félvezető csatornával. Ezek a FET-ek nem-illékony módon képesek egyeseket és nullákat tárolni, ami azt jelenti, hogy nincs szükségük állandó áramellátásra. A függőleges eszközszerkezet növeli az információsűrűséget és csökkenti a működési energiaszükségletet.
A hafnium-oxid és az indium-oxid rétegeket függőleges árokszerkezetben helyezték el. A ferroelektromos anyagok elektromos dipólusai akkor a legstabilabbak, ha azonos irányba igazodnak. A ferroelektromos hafnium-oxid spontán módon lehetővé teszi a dipólusok függőleges igazítását. Az információt a ferroelektromos réteg polarizációs foka tárolja, amelyet a rendszer az elektromos ellenállás változásai miatt leolvashat. Másrészt az antiferroelektrikumok szeretik váltogatni a dipólusokat felfelé és lefelé a törölt állapotban, ami hatékony törlési műveleteket tesz lehetővé az oxid félvezető csatornán belül.
"Megmutattuk, hogy az eszközünk legalább 1000 cikluson keresztül stabil volt" - közölte Zhuo Li a tanulmány első szerzője. A csapat az indium-oxid réteg különböző vastagságaival kísérletezett. Megállapították, hogy ennek a paraméternek az optimalizálása jelentős teljesítménynövekedést eredményezhet. A kutatók első elvi számítógépes szimulációkat is alkalmaztak, hogy megrajzolják a legstabilabb felületi állapotokat.
"Megközelítésünk nagymértékben javíthatja a nem-illékony memóriák technológiáját. Ez a fajta kutatás, amely mind a kísérleti prototípusokat, mind a számítógépes szimulációkat használja, segíthet a jövő fogyasztói elektronikájának megvalósításában" - monda Masaharu Kobayashi, a 2022 IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop című folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője az Eurasia Review-nak.
