Een computerchip verwerkt en slaat informatie op met behulp van twee verschillende apparaten. Als ingenieurs deze apparaten in één zouden kunnen combineren of naast elkaar zouden kunnen zetten, dan zou er meer ruimte op een chip zijn, waardoor het sneller en krachtiger wordt.

Ingenieurs van Purdue University hebben een manier ontwikkeld waarop de miljoenen kleine schakelaars die worden gebruikt om informatie te verwerken - transistors genoemd - die informatie ook als één apparaat kunnen opslaan.

De methode, gedetailleerd in een paper gepubliceerd in Natuur Elektronica , bereikt dit door een ander probleem op te lossen:een transistor combineren met beter presterende geheugentechnologie dan in de meeste computers wordt gebruikt, ferro-elektrisch RAM genoemd.

Onderzoekers proberen al tientallen jaren om de twee te integreren, maar problemen doen zich voor op het grensvlak tussen een ferro-elektrisch materiaal en silicium, het halfgeleidermateriaal waaruit transistors bestaan. In plaats daarvan, ferro-elektrisch RAM werkt als een afzonderlijke eenheid op de chip, het beperken van het potentieel om computergebruik veel efficiënter te maken.

Een team onder leiding van Peide Ye, de Richard J. en Mary Jo Schwartz Professor of Electrical and Computer Engineering aan Purdue, ontdekte hoe de relatie tussen de dodelijke vijand tussen silicium en een ferro-elektrisch materiaal te overwinnen.

"We gebruikten een halfgeleider die ferro-elektrische eigenschappen heeft. Op deze manier worden twee materialen één materiaal, en u hoeft zich geen zorgen te maken over de interfaceproblemen, " zei je.

Het resultaat is een zogenaamde ferro-elektrische halfgeleider veldeffecttransistor, gebouwd op dezelfde manier als transistors die momenteel op computerchips worden gebruikt.

Het materiaal, alfa-indiumselenide, heeft niet alleen ferro-elektrische eigenschappen, maar behandelt ook de kwestie van een conventioneel ferro-elektrisch materiaal dat gewoonlijk als een isolator in plaats van een halfgeleider werkt vanwege een zogenaamde brede "bandafstand", " wat betekent dat elektriciteit er niet doorheen kan en er geen computerwerk plaatsvindt.

Alfa-indiumselenide heeft een veel kleinere bandafstand, waardoor het materiaal een halfgeleider kan zijn zonder ferro-elektrische eigenschappen te verliezen.

Mengwei Si, een Purdue postdoctoraal onderzoeker in elektrotechniek en computertechniek, de transistor gebouwd en getest, vinden dat de prestaties vergelijkbaar waren met bestaande ferro-elektrische veldeffecttransistoren, en zou ze kunnen overtreffen met meer optimalisatie. Sumeet Gupta, een Purdue-assistent-professor in elektrische en computertechniek, en Ph.D. kandidaat Atanu Saha bood ondersteuning bij het modelleren.

Het team van Si en Ye werkte ook samen met onderzoekers van het Georgia Institute of Technology om alfa-indiumselenide in een ruimte op een chip te bouwen. een zogenaamde ferro-elektrische tunnelovergang, die ingenieurs zouden kunnen gebruiken om de mogelijkheden van een chip te verbeteren. Het team presenteert dit werk op 9 december tijdens de IEEE International Electron Devices Meeting 2019.

Vroeger, onderzoekers waren niet in staat geweest om een ​​hoogwaardige ferro-elektrische tunnelovergang te bouwen omdat de brede bandafstand het materiaal te dik maakte om elektrische stroom door te laten. Aangezien alfa-indiumselenide een veel kleinere bandafstand heeft, het materiaal kan slechts 10 nanometer dik zijn, waardoor er meer stroom doorheen kan stromen.

Met meer stroom kan een apparaatgebied worden verkleind tot enkele nanometers, chips compacter en energiezuiniger maken, zei je. Een dunner materiaal - zelfs tot een atomaire laag dik - betekent ook dat de elektroden aan weerszijden van een tunnelovergang veel kleiner kunnen zijn, wat handig zou zijn voor het bouwen van circuits die netwerken in het menselijk brein nabootsen.