Alors que les technologies de mémoire traditionnelles montrent leurs limites en termes de vitesse, d’évolutivité et de consommation d’énergie, les rendant inadaptées aux futures applications gourmandes en données, les mémoires ferroélectriques suscitent un intérêt croissant ces dernières années grâce à leur potentiel de stockage non volatile permettant de conserver les données même lorsque l’alimentation est coupée.
Par ailleurs, le développement de matériaux bidimensionnels (2D) de type van der Waals comme l’α-In2Se3 ouvre de nouvelles perspectives pour faire progresser les technologies mémoires.
Une avancée prometteuse avec l’intégration de l’α-In2Se3
Fait intéressant, les mémoires ferroélectriques font un grand bond en avant en intégrant les remarquables propriétés de l’α-In2Se3. Réputé pour sa forte mobilité de porteurs, sa bande interdite ajustable et ses puissantes propriétés ferroélectriques à l’échelle atomique, il s’avère idéal pour des applications mémoires ultra-rapides.
Toutefois, le champ de recherche est limité par l’absence de dispositifs latéraux à base d’α-In2Se3 démontrant des caractéristiques électriques contrôlées par une polarisation dans le plan (IP).
Lors de la fabrication de transistors ferroélectriques à effet de champ à base de matériaux 2D par exfoliation, une large électrode est préférée pour améliorer le rendement global. Cependant, obtenir des longueurs de canal nanométriques pour les électrodes nanogaps devient difficile lorsque des largeurs d’électrodes importantes sont utilisées simultanément, principalement en raison du rapport substantiel entre la largeur de l’électrode et la longueur du canal.
Un concept innovant de structure de contact inférieur à l’échelle nanométrique
Récemment, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Yutaka Majima de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a proposé un nouveau concept de structure de contact inférieur à l’échelle nanométrique pour résoudre ce problème. Ils ont conçu un dispositif de mémoire ferroélectrique à semi-conducteur à deux terminaux avec un contact inférieur de type nanogap, en tirant parti du retournement de polarisation IP de l’α-In2Se3.
Leur travail est publié dans Advanced Science.
Contrairement aux dispositifs précédents, l’α-In2Se3 est exfolié sur les électrodes en tant que contact inférieur dans la conception actuelle. La polarisation IP peut être inversée en appliquant une tension de drain via un canal d’une longueur relativement étroite de 100 nm. Cette conception de canal latéral permet une plus grande densité de mémoire, permettant l’intégration de nombreuses cellules mémoire sur une seule puce.
En outre, la configuration mémoire latérale utilisée dans la technologie proposée permet une intégration harmonieuse avec les techniques existantes de fabrication de dispositifs à semi-conducteurs, facilitant une transition en douceur des technologies mémoire actuelles vers des mémoires ferroélectriques non volatiles.
Les chercheurs ont constaté que la mémoire ferroélectrique à base d’α-In2Se3 présente une commutation résistive typique, un rapport cyclique élevé de plus de 103, une grande fenêtre mémoire de 13 V, une bonne rétention pendant 17 heures et une endurance de 1 200 cycles. Cela ouvrira la voie aux mémoires ferroélectriques non volatiles.
En particulier, une intégration massive devient prometteuse avec une structure à contact inférieur, compte tenu de la construction simplifiée des appareils électroniques de nouvelle génération.
« Notre mémoire ferroélectrique à semi-conducteurs cultive la polarisation IP de l’α-In2Se3 à partir d’une conception de contact inférieur de 100 nm, représentant un bond en avant significatif dans la technologie mémoire« , précise le professeur Majima.
« Nous pensons que cette conception ouvrira la voie à la façon dont les données sont stockées et accessibles et ouvrira des perspectives passionnantes pour diverses applications, notamment l’intelligence artificielle, l’informatique en périphérie et l’Internet des objets« .
En synthèse
Avec le dévoilement de cette mémoire ferroélectrique à semi-conducteurs de pointe, le professeur Majima réaffirme son engagement à repousser les limites de la technologie des semi-conducteurs et à stimuler l’innovation dans ce domaine. Face à la demande croissante de solutions mémoire à haute performance et économes en énergie, son équipe reste déterminée à fournir des solutions avancées et fiables pour répondre aux besoins en constante évolution de l’ère numérique.
Pour une meilleure compréhension
Quels sont les défis des technologies mémoire traditionnelles ?
Les technologies mémoire traditionnelles ont des limites en termes de vitesse, de passage à l’échelle et de consommation d’énergie, ce qui les rend inadaptées aux futures applications gourmandes en données.
Pourquoi l’α-In2Se3 suscite-t-il de l’intérêt ?
L’α-In2Se3 est un matériau 2D de type van der Waals qui a de fortes propriétés ferroélectriques, une mobilité de porteurs élevée et une bande interdite ajustable, ce qui en fait un candidat idéal pour les mémoires ultra-rapides.
Quelle est l’innovation proposée par l’équipe du Pr Majima ?
Ils proposent un dispositif mémoire ferroélectrique à 2 terminaux avec un contact inférieur nanogap qui exploite la polarisation dans le plan de l’α-In2Se3 pour un stockage à haute densité.
Quels sont les avantages de cette mémoire ferroélectrique à base d’α-In2Se3 ?
Elle présente une commutation résistive, un rapport cyclique élevé, une grande fenêtre mémoire, une bonne rétention et endurance. L’intégration massive est aussi facilitée.
Quelle est la perspective offerte par cette recherche ?
Cette avancée ouvre la voie à de nouvelles façons de stocker et accéder aux données pour l’IA, l’edge computing, l’IoT et au-delà.
Article : « Bottom Contact 100 nm Channel-Length α-In2Se3 In-Plane Ferroelectric Memory » – DOI : 10.1002/advs.202303032
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