Un dispositif reconfigurable basé sur des hétérostructures 2D de van der Waals qui fonctionne à la fois comme transistor et comme mémoire

Nature Electronics (2022). DOI : 10.1038/s41928-022-00858-z” width=”800″ height=”316″/>

L’un des principaux objectifs de la recherche en génie électronique est de développer des dispositifs informatiques à la fois très performants et économes en énergie, ce qui signifie qu’ils peuvent calculer des informations rapidement tout en consommant peu d’énergie. Une façon possible d’y parvenir pourrait être de combiner des unités qui effectuent des opérations logiques et des composants de mémoire dans un seul dispositif.

Jusqu’à présent, la plupart des dispositifs informatiques étaient constitués d’une unité de traitement et d’un composant de mémoire physiquement séparés. La création d’un dispositif capable d’exécuter efficacement ces deux fonctions, appelée architecture logique en mémoire, pourrait contribuer à simplifier considérablement les dispositifs et à réduire leur consommation d’énergie.

Alors que quelques-unes des architectures logiques en mémoire proposées jusqu’à présent ont obtenu des résultats prometteurs, la plupart des solutions existantes présentent des limitations pratiques. Par exemple, certains appareils se sont avérés instables, peu fiables ou ne s’appliquent qu’à des cas d’utilisation spécifiques.

Des chercheurs de l’Université du Hunan ont récemment développé une nouvelle architecture logique en mémoire reconfigurable basée sur une hétérostructure 2D de van der Waals, des structures constituées de couches atomiques isolées liées entre elles par l’interaction faible de van der Waals. Leur dispositif, présenté dans un article publié dans Électronique naturellepeut fonctionner à la fois comme un transistor reconfigurable (c’est-à-dire un dispositif qui peut réguler, commuter et amplifier des signaux électriques) et comme un composant de mémoire reconfigurable.

“Nous rapportons un dispositif à hétérostructure van der Waals bidimensionnel qui peut fonctionner à la fois comme transistor reconfigurable et mémoire non volatile reconfigurable, ainsi que fournir des capacités de logique en mémoire reconfigurables”, Xingxia Sun, Chenguang Zhu, Jiali Yi et leurs collègues écrit dans leur journal. “L’architecture du dispositif, appelée transistor à effet de champ à grille flottante partielle, offre à la fois des unités de piégeage de charge et de régulation de champ.”

Le dispositif logique en mémoire créé par Sun et ses collègues a été appelé transistor à effet de champ à grille flottante partielle (PFGFET). Il a été fabriqué à l’aide de graphène (agissant comme la porte dite flottante), de nitrure de bore hexagonal (hBN) et de diséléniure de tungstène (WSe₂).

En raison de sa conception unique, l’appareil peut être facilement reconfiguré et commuté pour exécuter des fonctions de mémoire ou de transistor. Lors des premiers tests, les chercheurs ont montré qu’il fonctionne remarquablement dans ces deux fonctions.

“Lorsqu’il fonctionne comme un transistor, l’appareil peut être commuté entre les modes de type p et n et présente une oscillation sous le seuil de 64 mV dec^-1 et rapport de courant on/off proche de 10⁸“, ont écrit Sun, Zhu, Yi et leurs collègues dans leur article. “Lorsqu’il fonctionne comme une mémoire, l’appareil peut être commuté entre la mémoire de type p et n et présente un rapport d’effacement/programmation approchant 10⁸.”

À l’avenir, la nouvelle architecture de mémoire logique proposée par cette équipe de chercheurs pourrait être utilisée pour créer une variété d’appareils électroniques très performants, réduisant considérablement leur consommation d’énergie. Jusqu’à présent, Sun et ses collègues ont utilisé avec succès les PFGFET qu’ils ont créés pour fabriquer des portes pour effectuer des opérations binaires linéaires et non linéaires, mais ils pourraient éventuellement être appliqués à une gamme plus large de calculs et de modèles d’opération.

“Nous utilisons les dispositifs pour fabriquer des circuits métal-oxyde-semi-conducteur complémentaires, des portes logiques linéaires et non linéaires avec stockage in situ, ainsi que des circuits demi-additionneurs efficaces”, expliquent les chercheurs dans leur article.

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