Исторически сложилось, что обработка и хранение данных происходят в разных устройствах. Объединить вычислительные элементы и ячейки памяти в один электронный прибор означает нечто большее, чем умножить плотность размещения элементов на кристалле. Транзистор с памятью ― это заявка на имитацию структуры головного мозга человека со всеми вытекающими преимуществами, вплоть до создания сети Skynet. Шутка.
Начало опытного производства встраиваемой памяти STT-MRAM компаниями Intel, Samsung и другими разработчиками приближает осуществление вычислений в памяти. Магниторезистивный туннельный переход можно встраивать в контактную группу непосредственно под транзистором, что делает структуру вентиль-ячейка (1Т1C) довольно плотной. Ещё большей плотности можно достичь, если использовать сегнетоэлектрическую (ферроэлектрическую) ячейку памяти, совмещённую с транзистором, заявляют разработчики из американского исследовательского центра Purdue Discovery Park Birck Nanotechnology Center Университета Пёрдью.
В декабрьском выпуске журнала Nature Electronics учёные рассказали об исследовании, в котором они сумели создать полевой транзистор со встроенным туннельным переходом из сегнетоэлектрика. Традиционно сегнетоэлектрики относятся к диэлектрикам, материалам с изолирующими свойствами. Они обладают настолько широкой запрещённой зоной, что электроны не могут через неё проникать, тогда как полупроводники и, в частности, кремний легко проводят электроны.
Кроме этих свойств, у сегнетоэлектриков есть ещё одно качество, которое препятствует созданию ячеек памяти на одном кристалле кремния с транзисторами. Кремний не сочетается напрямую с сегнетоэлектрическими материалами. Он «отравляется» ими, как заявляют учёные. Чтобы не допустить этого негативного эффекта и создать ячейку FeRAM в составе транзистора, удалось подобрать полупроводниковый материал со свойствами сегнетоэлектрика.
Этим материалом стал селенид альфа-индия. У этого материала небольшая ширина запрещённой зоны и он может пропускать электричество. Поскольку это полупроводник, ничто не препятствует его сочетанию с кремнием. Исследование, опыты и моделирование показали, что полевой транзистор на основе селенида альфа-индия при должной оптимизации может превзойти существующие полевые транзисторы и привнести в эти элементы ячейки памяти. Толщина туннельного перехода на данном материале может составлять 10 нм и даже быть тоньше ― до одного слоя атомов. Это обещает высочайшую плотность размещения ячеек памяти, что позволит сделать шаг к созданию электронного «мозга». Добавим: это исследование в основном финансируют военные США, что возвращает нас к тому, что шутка о Skynet может оказаться вовсе не шуткой.