Des chercheurs chinois dévoilent le plus petit transistor ferroélectrique du monde avec une grille de 1 nanomètre

Une équipe de chercheurs de l'université de Pékin et de l'Académie chinoise des sciences a mis au point le plus petit transistor ferroélectrique du monde, en réduisant la longueur de la grille à seulement 1 nanomètre. Ce dispositif à nanogate, dont les détails sont publiés dans la revue Science Advances, fonctionne à seulement 0,6 volt, ce qui permet de surmonter un goulot d'étranglement critique en matière de consommation d'énergie dans l'industrie des semi-conducteurs.

Les puces logiques modernes fonctionnent efficacement à environ 0,7 volt. Cependant, les mémoires non volatiles courantes, telles que la mémoire flash NAND, nécessitent généralement 5 volts ou plus pour effectuer des opérations d'écriture. Même les transistors à effet de champ ferroélectriques (FeFET) précédents nécessitaient plus de 1,5 volt. Ce décalage de tension entraîne des circuits élévateurs complexes qui gaspillent de l'espace et de l'énergie. Dans les puces d'intelligence artificielle typiques, 60 à 90 % de la consommation totale d'énergie est utilisée uniquement pour le transfert de données et non pour le calcul proprement dit.

Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche, dirigée par Qiu Chenguang et Peng Lianmao, a utilisé des nanotubes de carbone métalliques à paroi unique comme électrodes de grille. Cette conception fonctionne comme une nanopointe, concentrant le champ électrique pour améliorer le couplage entre la couche ferroélectrique et le canal.

Cette amélioration du champ permet au dispositif de basculer son état de polarisation à seulement 0,6 volt, ce qui est inférieur à la tension logique standard, tout en maintenant l'immunité aux effets de canal court.

Les FeFET en disulfure de molybdène (_MoS2) qui en résultent présentent des performances supérieures en matière de mémoire, avec un rapport de courant marche/arrêt de 2 millions et une vitesse de programmation rapide de 1,6 nanoseconde. En assurant la compatibilité de tension entre la mémoire et les unités logiques, la technologie élimine le besoin de circuits de pompe de charge supplémentaires, ce qui supprime les obstacles à l'interaction des données à grande vitesse.

Selon les chercheurs, le principe sous-jacent est applicable aux matériaux ferroélectriques courants et compatible avec les processus de fabrication industrielle standard. Cette percée a des implications significatives pour l'avenir de l'inférence de grands modèles, de l'intelligence périphérique et des dispositifs portables, où l'efficacité énergétique est primordiale.