Nanogate ferroelectric transistors with ultralow operation voltage of 0.6 V

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作者
Dehuan Meng,Xuezhou Ma,Zizhuo Shen,Lin Xu,Lian-Mao Peng,Chenguang Qiu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (7): eaea5020-eaea5020 被引量:1
标识
DOI:10.1126/sciadv.aea5020
摘要

Ferroelectric field-effect transistors (FeFETs), as an electric field–driven nonvolatile memory, offer extremely low power consumption and high speed. Despite efforts, FeFETs have not been successfully scaled down to sub–5-nanometer-node technology, with their operational voltage exceeding 1.5 V, making them unable to match monolithic logic cores. Our study used metallic single-walled carbon nanotubes as gate electrodes to shrink the gate length of molybdenum disulfide FeFET to 1 nanometer. This nanogate approach leads to an electric field concentration and enhanced ferroelectric–to–metal-oxide semiconductor capacitance coupling, resulting in a reduced operating voltage of 0.6 V, below the conventional ferroelectric coercive voltage. The nanogate molybdenum disulfide FeFETs exhibit superior memory performance, with a substantial current on/off ratio of 2 × 10 6 and a rapid programming speed of 1.6 nanoseconds. This study demonstrates the immunity of nanogate FeFETs to short-channel effects, highlighting the notable potential of ferroelectric electronics for enabling superior scaling, performance, and energy efficiency in sub–1-nanometer-node chips.
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