Investigadores chinos presentan el transistor ferroeléctrico más pequeño del mundo con una puerta de 1 nanómetro

Un equipo de investigadores de la Universidad de Pekín y la Academia China de las Ciencias ha desarrollado el transistor ferroeléctrico más pequeño del mundo, reduciendo con éxito la longitud de la puerta a sólo 1 nanómetro. Este dispositivo de nanopuerta -detallado en la revista Science Advances- funciona a sólo 0,6 voltios, superando un cuello de botella crítico en el consumo de energía de la industria de semiconductores.

Los chips lógicos modernos funcionan eficazmente a aproximadamente 0,7 voltios. Sin embargo, las principales memorias no volátiles, como la flash NAND, suelen requerir 5 voltios o más para realizar operaciones de escritura. Incluso los anteriores transistores ferroeléctricos de efecto de campo (FeFET) requerían más de 1,5 voltios. Este desajuste de voltajes conlleva complejos circuitos elevadores, con el consiguiente desperdicio de valioso espacio y energía. En los chips típicos de IA, entre el 60 y el 90% del consumo total de energía se utiliza sólo para la transferencia de datos y no para el cálculo real.

Para resolver este problema, el equipo de investigación, dirigido por Qiu Chenguang y Peng Lianmao, utilizó nanotubos de carbono metálicos de pared simple como electrodos de puerta. Este diseño funciona como una nanopunta, concentrando el campo eléctrico para mejorar el acoplamiento entre la capa ferroeléctrica y el canal.

Esta mejora del campo permite que el dispositivo cambie su estado de polarización a tan sólo 0,6 voltios -más bajo que el voltaje lógico estándar- manteniendo la inmunidad a los efectos de canal corto.

Los FeFET de disulfuro de molibdeno (_MoS2) resultantes presentan un rendimiento de memoria superior, con una relación corriente de encendido/apagado de 2 millones y una velocidad de programación rápida de 1,6 nanosegundos. Al lograr la compatibilidad de voltaje entre la memoria y las unidades lógicas, la tecnología elimina la necesidad de circuitos adicionales de bomba de carga, lo que suprime las barreras a la interacción de datos a alta velocidad.

Según los investigadores, el principio subyacente es aplicable a los materiales ferroeléctricos corrientes y compatible con los procesos de fabricación industrial estándar. Este avance tiene implicaciones significativas para el futuro de la inferencia de grandes modelos, la inteligencia de borde y los dispositivos portátiles, donde la eficiencia energética es primordial.