I ricercatori cinesi presentano il transistor ferroelettrico più piccolo del mondo con gate a 1 nanometro

Un team di ricercatori dell'Università di Pechino e dell'Accademia delle Scienze cinese ha sviluppato il transistor ferroelettrico più piccolo al mondo, riducendo con successo la lunghezza del gate a solo 1 nanometro. Questo dispositivo nanogate - descritto nella rivista Science Advances - funziona a soli 0,6 volt, superando un collo di bottiglia critico per il consumo di energia nell'industria dei semiconduttori.

I moderni chip logici funzionano in modo efficiente a circa 0,7 volt. Tuttavia, la memoria non volatile mainstream, come la NAND flash, richiede in genere 5 volt o più per eseguire le operazioni di scrittura. Anche i precedenti transistor ferroelettrici a effetto campo (FeFET) richiedevano oltre 1,5 volt. Questo disallineamento di tensione porta a complessi circuiti di step-up, sprecando spazio ed energia preziosi. Nei tipici chip AI, il 60-90% del consumo totale di energia viene utilizzato solo per il trasferimento dei dati, piuttosto che per la computazione vera e propria.

Per risolvere questo problema, il team di ricerca, guidato da Qiu Chenguang e Peng Lianmao, ha utilizzato nanotubi di carbonio metallici a parete singola come elettrodi di gate. Questo design funziona come un nanotip, concentrando il campo elettrico per migliorare l'accoppiamento tra lo strato ferroelettrico e il canale.

Questo potenziamento del campo permette al dispositivo di cambiare il suo stato di polarizzazione a soli 0,6 volt - inferiore alla tensione logica standard - mantenendo l'immunità agli effetti di canale corto.

I FeFET al disolfuro di molibdeno (_MoS2) che ne derivano presentano prestazioni di memoria superiori, vantando un rapporto corrente on/off di 2 milioni e una velocità di programmazione di 1,6 nanosecondi. Raggiungendo la compatibilità di tensione tra la memoria e le unità logiche, la tecnologia elimina la necessità di circuiti di pompa di carica aggiuntivi, rimuovendo le barriere all'interazione dei dati ad alta velocità.

Secondo i ricercatori, il principio di base è applicabile ai principali materiali ferroelettrici e compatibile con i processi di produzione industriale standard. Questa scoperta ha implicazioni significative per il futuro dell'inferenza di grandi modelli, dell'edge intelligence e dei dispositivi indossabili, dove l'efficienza energetica è fondamentale.