Structure schématique du PFGFET créé par les chercheurs, qui est constitué de graphène (mauve, la grille flottante partielle), de nitrure de bore hexagonal (vert et violet) et de diséléniure de tungstène (rouge et bleu, le canal). Le PFGFET peut agir comme une mémoire avec des caractéristiques de transfert vers l’avant et vers l’arrière et comme un transistor. Le dispositif possède une électrode de source (S) et une électrode de drain (D), et est contrôlé par deux des bornes du dispositif : la grille de contrôle (CG) et la grille supérieure (TG).
L’un des principaux objectifs de la recherche en ingénierie électronique est de développer des dispositifs informatiques à la fois très performants et économes en énergie, ce qui signifie qu’ils peuvent calculer des informations rapidement tout en consommant peu d’énergie. Une façon possible d’y parvenir serait de combiner des unités qui effectuent des opérations logiques et des composants de mémoire dans un seul dispositif.
Jusqu’à présent, la plupart des dispositifs informatiques étaient constitués d’une unité de traitement et d’un composant de mémoire physiquement distinct. La création d’un dispositif capable de remplir efficacement ces deux fonctions, appelé architecture logique dans la mémoire, pourrait contribuer à simplifier considérablement les dispositifs et à réduire leur consommation d’énergie.
Si quelques-unes des architectures de logique dans la mémoire proposées jusqu’à présent ont donné des résultats prometteurs, la plupart des solutions existantes présentent des limites pratiques. Par exemple, certains dispositifs se sont avérés instables, peu fiables ou uniquement applicables à des cas d’utilisation spécifiques.
Des chercheurs de l’université de Hunan ont récemment mis au point une nouvelle architecture de logique-en-mémoire (logic-in-memory) reconfigurable basée sur une hétérostructure 2D de van der Waals, des structures composées de couches atomiques isolées liées entre elles par la faible interaction de van der Waals. Leur dispositif, présenté dans un article publié dans Nature Electronics, peut fonctionner à la fois comme un transistor reconfigurable (c’est-à-dire un dispositif capable de réguler, commuter et amplifier des signaux électriques) et comme un composant de mémoire reconfigurable.
« Nous rapportons un dispositif bidimensionnel à hétérostructure de van der Waals qui peut fonctionner à la fois comme transistor reconfigurable et comme mémoire non volatile reconfigurable, ainsi que fournir des capacités de logique en mémoire reconfigurables », ont écrit Xingxia Sun, Chenguang Zhu, Jiali Yi et leurs collègues dans leur article. « L’architecture du dispositif, appelée transistor à effet de champ à grille flottante partielle, offre à la fois des unités de piégeage de charge et de régulation de champ. »
Le dispositif de logique en mémoire créé par Sun et ses collègues a été baptisé transistor à effet de champ à grille flottante partielle (PFGFET). Il a été fabriqué à l’aide de graphène (agissant comme la « porte flottante »), de nitrure de bore hexagonal (hBN) et de diséléniure de tungstène (WSe2).
Grâce à sa conception unique, le dispositif peut être facilement reconfiguré et commuté pour remplir des fonctions de mémoire ou de transistor. Lors des premiers tests, les chercheurs ont montré qu’il se comporte remarquablement dans ces deux fonctions.
« Lorsqu’il fonctionne comme un transistor, le dispositif peut être commuté entre le mode de type p et le mode de type n, et présente une oscillation de sous-seuil de 64 mV dec-1 et un rapport de courant marche/arrêt proche de 108 », ont écrit Sun, Zhu, Yi et leurs collègues dans leur article. « Lorsqu’il fonctionne comme une mémoire, le dispositif peut être commuté entre la mémoire de type p et celle de type n et présente un rapport effacement/programmation proche de 108. »
À l’avenir, la nouvelle architecture de mémoire logique-in proposée par cette équipe de chercheurs pourrait être utilisée pour créer une variété d’appareils électroniques très performants, en réduisant considérablement leur consommation d’énergie. Jusqu’à présent, Sun et ses collègues ont utilisé avec succès les PFGFET qu’ils ont créés pour fabriquer des portes permettant d’effectuer des opérations binaires linéaires et non linéaires, mais ils pourraient éventuellement être appliqués à une gamme plus large de calculs et de modèles d’opérations.
« Nous utilisons ces dispositifs pour fabriquer des circuits métal-oxyde-semiconducteur complémentaires, des portes logiques linéaires et non linéaires avec stockage in situ, ainsi que des circuits semi-additionnels efficaces », expliquent les chercheurs dans leur article.
