Een fundamenteel onderdeel van een veldeffecttransistor (FET) is het poortdiëlektricum, die het aantal ladingsdragers bepaalt - elektronen of elektronenvacatures - dat in het actieve kanaal van het apparaat kan worden geïnjecteerd. Grafeen is recentelijk in het middelpunt van de belangstelling komen te staan ​​als een levensvatbaar, hoogwaardige vervanging voor silicium in FET's, en in recente studies over op grafeen gebaseerde FET's, wetenschappers hebben het gebruik van dunne films van een ferro-elektrisch materiaal voor het poortdiëlektricum onderzocht.

Dergelijke films bieden verschillende interessante voordelen voor gebruik in op grafeen gebaseerde FET's:hun sterke elektrische polarisatie maakt het mogelijk om een ​​veel hogere dichtheid van dragers te introduceren dan kan worden bereikt met standaard diëlektrica, en ze hebben een resterende elektrische polarisatie - een eigenschap die het mogelijk maakt dat grafeen-ferro-elektrische FET's worden gebruikt voor niet-vluchtig geheugen door een bepaald niveau van dragerdichtheid op te slaan in afwezigheid van een elektrisch veld.

Twee samenwerkende teams van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en de National University of Singapore, onder leiding van Kui Yao en Barbaros Özylmaz, respectievelijk, demonstreerde eerder een basis grafeen-ferro-elektrisch geheugenapparaat waarin de polarisatie in de ferro-elektrische film werd geregeld door de elektrische voorspanning die op de gate-terminal werd toegepast. In die structuur, een dunne ferro-elektrische film werd afgezet op een grafeenlaag, waar het ladingsdragers injecteert en zo de weerstand van het grafeen moduleert. Helaas, echter, de twee verschillende weerstandstoestanden die als een informatiebit konden worden gelezen, konden alleen worden gerealiseerd door de ferro-elektrische film te polariseren en te depolariseren, die problemen opleverde als gevolg van de instabiliteit van de depolarisatietoestand.

Nutsvoorzieningen, de twee teams hebben samengewerkt om een ​​verbeterd apparaat te fabriceren dat een extra siliciumdioxide (SiO ₂ ) diëlektrische poort onder de grafeenlaag (zie afbeelding). De SiO ₂ poort, een al lang bestaand onderdeel in traditionele FET's, biedt effectief een referentiepunt om het effect van ferro-elektrische poorten te meten. Door de weerstand van het apparaat te bewaken als functie van de spanningen die op de bovenste en onderste poorten worden toegepast, de onderzoekers ontwikkelden een kwantitatief begrip van de prestaties en het schakelgedrag van grafeen-ferro-elektrische FET's. Voor gebruik als een niet-vluchtig geheugenapparaat, de SiO2-diëlektrische poort vereenvoudigt ook het schrijven van bits door een extra achtergrondbron van ladingsdragers te bieden, waardoor de ferro-elektrische polarisatie kan worden geschakeld tussen twee stabiele toestanden die overeenkomen met twee tegengestelde polarisatieoriëntaties.

Het nieuwe apparaat ontwikkeld door het onderzoeksteam behaalde indrukwekkende praktische resultaten, in staat tot symmetrisch bitschrijven met een weerstandsverhouding tussen de twee weerstandstoestanden van meer dan 500% en reproduceerbaar niet-vluchtig schakelen van meer dan 100, 000 cycli.