Une jonction ferroélectrique à glissement rend ses deux états beaucoup plus faciles à lire

Dans une mémoire, il ne suffit pas qu’un matériau conserve son état : il faut aussi pouvoir distinguer clairement un « 0 » d’un « 1 » à la lecture. Les ferroélectriques à glissement résistent bien aux commutations répétées, mais leur faible polarisation produit habituellement un contraste électrique limité dans un composant à deux bornes. Des équipes de l’Institut des semi-conducteurs de l’Académie chinoise des sciences et de l’Université de Hong Kong ont abordé ce problème en travaillant sur les interfaces d’une jonction tunnel Cr/h-BN/3R-MoS₂/graphène monocouche. Elles ont également étendu cette architecture au 1T′-ReS₂. 810

Trois couches, trois rôles complémentaires

Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) forme une barrière tunnel relativement uniforme qui limite les courants de fuite. Dans le 3R-MoS₂, un infime glissement relatif des couches inverse la polarisation électrique et modifie le potentiel rencontré par les électrons. Le graphène monocouche, utilisé comme électrode faiblement écrantante, voit quant à lui le nombre de porteurs participant au transport varier avec cette polarisation. La modification conjointe de la barrière et des porteurs disponibles transforme ainsi une faible inversion de polarisation en une grande différence entre les deux états lus. Le même principe a été appliqué au 1T′-ReS₂. 89

L’astuce consiste à confier la commutation et la barrière tunnel à des couches distinctes. Les chercheurs cherchent ainsi à rendre l’état du composant plus facile à lire tout en conservant l’avantage d’endurance rapporté pour la polarisation par glissement, par rapport aux ferroélectriques à oxyde classiques. 89

Ce que montrent les mesures

Sous une tension de lecture de 0,5 V, le rapport d’électrorésistance tunnel annoncé atteint 1,9 × 10⁷, soit 19 millions. Selon le compte rendu de la recherche, c’est plus de quatre ordres de grandeur au-dessus des jonctions tunnel ferroélectriques à glissement précédemment rapportées. La densité de courant dans l’état conducteur atteint 222 A/cm². Le composant commute de façon fiable avec des impulsions d’une durée de 13 ns, pour une énergie de commutation rapportée de 6,5 fJ par bit, et supporte plus de 10¹¹ cycles de commutation. 10

L’équipe a aussi fabriqué une matrice de 8 × 8 composants : ses 64 cellules ont toutes montré une commutation bistable, cohérente et non volatile — autrement dit, elles conservent l’un de leurs deux états sans alimentation continue. Ce résultat ouvre une piste pour les mémoires non volatiles denses et les architectures où le calcul s’effectue au sein de la mémoire. Il ne permet toutefois pas, à lui seul, de prédire les performances d’une matrice beaucoup plus grande avec ses circuits de commande et de lecture. 1011