В последнее время в новостях, касающихся информационных технологий, все чаще и чаще мелькают сообщения о перспективе замены разных типов памяти современных компьютеров одним типом энергонезависимой и быстродействующей памяти, что позволит получить работающий компьютер с загруженной операционной системой и работающими приложениями сразу же после момента его включения. Некоторые исследователи видят в роли такой универсальной памяти резистивную память ReRAM на мемристорах, а исследователи из Техасского университета в Остине считают самым подходящим кандидатом на эту роль память на основе FeFET-транзисторов, сегнетоэлектрических полевых транзисторов, разработка которых ведется ими в настоящее время.

Кроме этого, уже разработанные исследователями элементы FeFET-транзистора указывают на то, что внедрение таких технологий в электронике позволит обеспечить соблюдение закона Гордона Мура еще достаточно долгое время, по крайней мере, до 2028 года включительно.

«Нам еще не удалось изготовить законченный работоспособный FeFET-транзистор (Ferroelectric Field-Effect Transistor). Но мы уже разработали структуру и конструкцию одного из главных его элементов – сегнетоэлектрического затвора этого транзистора» – рассказывает Александр Демков (Alexander Demkov), профессор из Техасского университета, – «Кроме этого, результаты моделирования, проведенного на наших суперкомпьютерах, показали, что такие транзисторы будут работоспособными и будут демонстрировать превосходные электрические характеристики. А сейчас мы занимаемся разработкой технологий, подбором материалов и методов производства, которые будут использованы для изготовления второй части транзистора – полупроводникового канала из германия».

Самой сложной задачей, которую удалось решить исследователям из Техаса, является разработка процесса управляемого осаждения титаната бария (BaTiO3), из которого формируется трехмерная структура затвора FeFET-транзистора. Использование метода молекулярно-лучевой эпитаксии позволило добиться того, что все молекулы этого соединения, которые являются магнитными диполями, были ориентированы в вертикальной плоскости. А проверка созданных трехмерных структур была проведена при помощи метода микроскопии, основанного на измерении микроволнового сопротивления и пьезоэлектрического эффекта.

Рис. 1.

Разработка FeFET-транзисторов имеет огромные перспективы из-за того, что эти транзисторы изготавливаются не из кремния, а из «более быстрых» полупроводниковых материалов, германия (Ge) или арсенида галлия (GaAs), осаждаемых на поверхности стандартной кремниевой подложки. Транзисторы из этих материалов работают быстрее кремниевых транзисторов, а структура будущего FeFET-транзистора позволит создать на его основе ячейки энергонезависимой памяти.

«Мы еще не проводили экспериментов с архитектурой памяти на FeFET-транзисторах. Но проделанные нами расчеты показывают, что такая универсальная память будет работать быстрей самой быстрой динамической память DRAM и иметь показатель плотности хранения информации, превышающий аналогичный показатель для Flash-памяти» – рассказывает Александр Демков, – «К сожалению, сейчас у нас нет технологических возможностей для изготовления полупроводниковых каналов FeFET-транзисторов из германия или арсенида галлия. Но мы рассчитываем на то, что в скором времени у нас появится партнер из области промышленного производства полупроводников, который окажет нам необходимую помощь и получит возможность принять участие в коммерциализации разрабатываемых технологий».

Как и любых других транзисторов, у FeFET-транзисторов найдется масса других областей применения, нежели в структуре ячеек универсальной энергонезависимой памяти.

На базе таких транзисторов можно будет создавать новые высокоэффективные фотогальванические элементы для солнечных батарей, устройства хранения информации высокой плотности, энергонезависимые программируемые матрицы логических элементов и многое, многое другое.