Zusammenfassung - Graphen-heterostrukturbasierte nichtflüchtige Speichergeräte mit oberster Floating-Gate-Programmierung

Graphen-heterostrukturbasierte nichtflüchtige Speichergeräte mit oberster Floating-Gate-Programmierung

2025-07-10 16:26:46

{"Gabriel L. Rodrigues","Ana B. Yoshida","Guilherme S. Selmi","Nickolas T. K. B de Jesus","Igor Ricardo","Kenji Watanabe","Takashi Taniguchi","Rafael F. de Oliveira","Victor Lopez-Richard","Alisson R. Cadore"}

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Die Forscher haben ein neues nicht-flüchtiges Speichergerät entwickelt, das eine Graphen-Heterostruktur mit Top-Floating-Gate-Programmierung verwendet. Dieses Gerät basiert auf dual-gesteuerten Feldeffekttransistoren (GFETs) und nutzt ein einzelnes Metallpflaster direkt auf dem sechseckigen Bornitrid (hBN)-Graphen-Kanal. Diese einzigartige Architektur dient gleichzeitig als Top-Gate, Floating-Gate-(FG)-Reservoir und aktiver Reset-Kontakt. Das Gerät zeichnet sich durch eine extrem dünne van-der-Waals-Heterostruktur aus, die eine starke kapazitive Kopplung zum Rück-gate aufweist und somit eine einstellbare und breite Speicherfenster ermöglicht. Dieses Fenster skaliert mit dem Rück-gate-Versorgungsspannung und wird durch Verkleinern der hBN-Dicke oder durch Erhöhen der FG-Oberfläche weiter verbessert. Das Gerät zeigt reversibles, hoch effizientes Ladeprogrammieren (>90%) und robustes nicht-flüchtiges Verhalten über einen weiten Temperaturbereich (10 – 300 K) und Betriebsgeschwindigkeiten hinweg. Es zeigt auch eine Haltbarkeit von über 9800 Zyklen. Eine Erde angelegte obereElektrode bietet nach Bedarf Ladungswahlweise, was Funktionalitäten ermöglicht, die in Standard-FG-Designs fehlen. Dies macht die hBN/Graphen-basierten GFETs zu einer kompakten, energiesparenden Plattform für nachfolgende Generationen der 2D-Flash-Speicher. Diese Forschung hat Auswirkungen auf Multilevel-Speicherpläne und kryogenische Elektronik. Das Gerät funktioniert nach dem Prinzip der Ladungstrapung in der FG-Schicht, was zu einer Verschiebung des Schwellenpotentials führt und die Logikzustände des Geräts definiert. Das Speicherfenster ist einstellbar und hängt von der Dicke des Top-hBN und der Fläche des FG ab. Die Forscher haben ein dynamisches Modell vorgeschlagen, um das Verhalten des Geräts zu erklären und seine nicht-flüchtige Antwort zu demonstrieren. Das Gerät zeichnet sich durch hervorragende Leistung aus, mit hoher Programmier-effizienz, breitem Betriebstemperaturbereich und langer Haltbarkeit. Die Möglichkeit, das Gerät durch Erdung der oberen Elektrode zurückzusetzen, hebt seine Potenziale für rekonfigurierbare und leistungseffiziente Speicherarchitekturen weiter hervor. Diese Forschung bereitet den Weg für skalierbare 2D-Speichersysteme und ihre Integration in hochintegrierte und Quanten-kompatible Elektronik vor.