Pesquisadores chineses revelam o menor transistor ferroelétrico do mundo com porta de 1 nanômetro

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Pequim e da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu o menor transistor ferroelétrico do mundo, reduzindo com sucesso o comprimento da porta para apenas 1 nanômetro. Esse dispositivo nanogate - detalhado na revista Science Advances - opera a apenas 0,6 volts, superando um gargalo crítico de consumo de energia no setor de semicondutores.

Os chips lógicos modernos funcionam com eficiência a aproximadamente 0,7 volts. Entretanto, a memória não volátil convencional, como o flash NAND, normalmente requer 5 volts ou mais para realizar operações de gravação. Até mesmo os transistores de efeito de campo ferroelétricos (FeFETs) anteriores exigiam mais de 1,5 volts. Essa incompatibilidade de voltagem gera circuitos complexos de step-up, desperdiçando espaço e energia valiosos. Em chips típicos de IA, 60 a 90% do consumo total de energia é utilizado apenas para a transferência de dados, e não para a computação real.

Para resolver isso, a equipe de pesquisa, liderada por Qiu Chenguang e Peng Lianmao, usou nanotubos de carbono metálicos de parede única como eletrodos de porta. Esse design funciona como uma nanoponta, concentrando o campo elétrico para melhorar o acoplamento entre a camada ferroelétrica e o canal.

Esse aprimoramento do campo permite que o dispositivo inverta seu estado de polarização a apenas 0,6 volts - menor do que a tensão lógica padrão - mantendo a imunidade aos efeitos de canal curto.

Os FeFETs de dissulfeto de molibdênio (_MoS2) resultantes apresentam desempenho superior de memória, ostentando uma relação liga/desliga atual de 2 milhões e uma velocidade de programação rápida de 1,6 nanossegundos. Ao alcançar a compatibilidade de tensão entre a memória e as unidades lógicas, a tecnologia elimina a necessidade de circuitos extras de bomba de carga, removendo as barreiras à interação de dados em alta velocidade.

De acordo com os pesquisadores, o princípio subjacente é aplicável aos principais materiais ferroelétricos e compatível com os processos de fabricação industrial padrão. Esse avanço tem implicações significativas para o futuro da inferência de grandes modelos, inteligência de ponta e dispositivos vestíveis, nos quais a eficiência energética é fundamental.