Zayıf kutuplaşmadan 19 milyonluk okuma farkına

Kalıcı bellekte yalnızca iki durum arasında geçiş yapmak yetmez; bu durumların elektriksel olarak güvenilir biçimde okunabilmesi de gerekir. Kaymalı ferroelektrik malzemeler tekrar tekrar anahtarlanabilse de zayıf kutuplaşmaları, iki uçlu bir aygıtta durumlar arasındaki farkı belirginleştirmeyi zorlaştırıyordu. Çin Bilimler Akademisi Yarıiletkenler Enstitüsü ve Hong Kong Üniversitesi araştırmacıları, çözümü tek bir malzemede değil, katmanların birlikte çalışmasında aradı. Cr/h-BN/3R-MoS₂/tek katmanlı grafen yapısını kurdular ve tasarım yaklaşımını 1T′-ReS₂ sistemine de uyguladılar. 810

Küçük bir kayma nasıl büyük bir okuma sinyaline dönüşüyor?

Yapıdaki altıgen bor nitrür (h-BN), sızıntıyı sınırlayan görece düzgün bir tünelleme bariyeri sağlıyor. 3R-MoS₂ katmanlarının birbirine göre çok küçük hareketi ferroelektrik kutuplaşmanın yönünü değiştiriyor; bu da elektronların bariyeri geçerken karşılaştığı koşulları etkiliyor. Tek katmanlı grafen ise kutuplaşmayı zayıf perdeleyen bir elektrot olarak, tünellemeye katılabilen taşıyıcı sayısının bu değişime duyarlı olmasını sağlıyor. Bariyerdeki değişim ile grafendeki taşıyıcı değişimi birlikte, zayıf kutuplaşmayı iki durum arasında çok daha büyük bir okuma farkına dönüştürüyor. 89

Bu düzende anahtarlamayı sağlayan kaymalı malzeme ile tünelleme bariyeri ayrı katmanlarda yer alıyor. Böylece araştırmacılar, geleneksel oksit ferroelektriklere kıyasla kaymalı kutuplaşma için bildirilen döngü dayanıklılığı avantajını korurken güçlü bir elektriksel okuma sinyali elde etmeyi hedefledi. 89

Ölçülen performans ve henüz gösterilmeyenler

0,5 V okuma geriliminde bildirilen tünelleme elektrodirenç oranı 1,9 × 10⁷, yani yaklaşık 19 milyon oldu. Araştırma haberine göre bu değer, daha önce bildirilen kaymalı ferroelektrik tünel bağlantılarının dört mertebeden fazla üzerinde. Açık durum akım yoğunluğu 222 A/cm² değerine ulaştı. Aygıt 13 nanosaniye kadar kısa darbelerle güvenilir biçimde anahtarlandı; bildirilen anahtarlama enerjisi bit başına 6,5 femtojoule, dayanıklılık ise 10¹¹’den fazla anahtarlama döngüsü oldu. 10

Araştırmacıların ürettiği 8 × 8 dizideki 64 hücrenin tamamı, iki kararlı durum arasında tutarlı ve kalıcı anahtarlama gösterdi. Bu, yoğun kalıcı bellek ve verinin depolandığı yerde işlenmesini amaçlayan çapraz bağlantılı diziler için araştırmaya değer bir sonuç. Ancak 64 hücrelik gösterim, daha büyük bir dizinin ve onu çalıştıracak destek devrelerinin performansını tek başına kanıtlamıyor. 1011