TOKIO, Japón — Científicos del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio fabricaron transistores de efecto de campo tridimensionales de forma vertical para crear dispositivos de almacenamiento de datos de alta densidad a través de aisladores de puerta ferroeléctrica y canales de semiconductores de óxido depositados atómicamente. Además, al usar antiferroeléctrico en lugar de ferroeléctrico, descubrieron que solo se requería una pequeña carga neta para borrar los datos, lo que resultó en escrituras más eficientes. Este trabajo puede habilitar almacenes de datos nuevos, incluso más pequeños y más ecológicos.

TOKIO, Japón — Científicos del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio fabricaron transistores de efecto de campo tridimensionales de forma vertical para crear dispositivos de almacenamiento de datos de alta densidad a través de aisladores de puerta ferroeléctrica y canales de semiconductores de óxido depositados atómicamente. Además, al usar antiferroeléctrico en lugar de ferroeléctrico, descubrieron que solo se requería una pequeña carga neta para borrar los datos, lo que resultó en escrituras más eficientes. Este trabajo puede habilitar almacenes de datos nuevos, incluso más pequeños y más ecológicos.

Si bien las unidades flash de consumo ya muestran grandes mejoras en tamaño, capacidad y asequibilidad con respecto a los formatos de medios informáticos anteriores en lo que respecta al almacenamiento de datos, las nuevas aplicaciones de aprendizaje automático y big data continúan impulsando la demanda de innovación. Además, los dispositivos móviles habilitados para la nube y los futuros nodos de Internet de las cosas requieren un almacenamiento pequeño y de bajo consumo. Sin embargo, las tecnologías de memoria flash actuales requieren corrientes relativamente grandes para leer o escribir datos.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio ha desarrollado una celda de memoria apilada 3D de prueba de concepto basada en transistores de efecto de campo (FET) ferroeléctricos y antiferroeléctricos con canales semiconductores de óxido depositados en la capa atómica. Estos FET pueden almacenar unos y ceros de forma no volátil, lo que significa que no necesitan estar alimentados constantemente. La estructura de dispositivo vertical aumenta la densidad de información y reduce el requisito de energía operativa. Las capas de óxido de hafnio y de óxido de indio se depositaron en una estructura de trinchera vertical. Los materiales ferroeléctricos tienen dipolos eléctricos que son más estables cuando están orientados en la misma dirección. El óxido de hafnio ferroeléctrico permite espontáneamente que los dipolos se alineen verticalmente. El grado de polarización en la capa ferroeléctrica almacena información que el sistema puede leer en función de los cambios en la resistencia eléctrica. Por otro lado, en el estado borrado, los antiferroeléctricos tienden a cambiar los dipolos hacia arriba y hacia abajo, lo que permite operaciones de borrado eficientes dentro del canal semiconductor de óxido.

«Demostramos que nuestro dispositivo fue estable durante al menos 1000 ciclos», dice el primer autor Zhuo Li.
El equipo experimentó con diferentes espesores para la capa de óxido de indio. Descubrieron que ajustar este parámetro puede generar mejoras significativas en el rendimiento. Los investigadores también utilizaron simulaciones informáticas de primer principio para representar los estados superficiales más estables.

«Nuestro enfoque tiene el potencial de hacer avanzar significativamente el campo de los discos persistentes», dice el autor principal Masaharu Kobayashi. Este tipo de investigación, que utiliza tanto prototipos experimentales como simulaciones por computadora, puede ayudar a habilitar la electrónica de consumo del futuro.

El trabajo se publicará en el Taller de Nanoelectrónica de Silicio IEEE 2022como «Un FET de canal vertical ferroeléctrico/antiferroeléctrico con ALD InOx y alineación de eje polar inducida por campo para memorias 3D de alta densidad».

Este trabajo fue apoyado por el Programa de Apoyo a la Utilización de la Propiedad Intelectual de JST, Super-Highway, Japón.

Acerca del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio

El Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio (UTokyo-IIS) es uno de los institutos de investigación universitarios más grandes de Japón. Más de 120 laboratorios de investigación, cada uno dirigido por un miembro de la facultad, conforman el UTokyo-IIS, que cuenta con más de 1200 miembros (unos 400 miembros del personal y 800 estudiantes) que participan activamente en la educación y la investigación. Sus actividades cubren casi todas las áreas de la ingeniería. Desde su creación en 1949, UTokyo-IIS ha trabajado para cerrar las enormes brechas que existen entre las disciplinas académicas y las aplicaciones del mundo real.


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