可重构多功能范德华铁电器件与逻辑电路
介观与纳米尺度物理
2023-10-24 v1
摘要
本工作中，我们展示了可重构铁电场效应晶体管（Re-FeFET）在设计具有多功能能力的非易失性可重构存内逻辑电路方面的适用性。通过独立控制由铁电二维硫代磷酸铜铟（CuInPS）层制成的两个分裂栅电极，实现了对二维二硒化钨（WSe）层同质结内能量势垒的调控。控制由编程栅编码的状态可在p、n和双极性FeFET工作模式间切换。该晶体管呈现超过10的开关比以及宽达10 V的滞回窗口。该同质结可从欧姆类行为转变为二极管行为，具有10的大整流比。当编程为二极管模式时，内置p-n结大电场可实现光生载流子的有效分离，使该器件在能量收集应用中颇具吸引力。Re-FeFET用于可重构逻辑功能的实现展示了电路如何被重构以模拟多态铁电NAND/AND存内逻辑或具有超过10秒长保持时间的电子XNOR逻辑。我们还说明了仅由两个Re-FeFET构成的电路设计如何通过运行时可重构性展现高逻辑表达力，以实现若干关键非易失性2输入逻辑功能。此外，Re-FeFET电路展现出显著的紧凑性，与标准CMOS设计相比晶体管数量最多减少80%。因此，二维范德华Re-FeFET器件因多功能性与设计紧凑性，在超越摩尔与后摩尔电子学未来，特别是用于能效型存内计算与机器学习硬件实现方面，展现出突破性潜力。
引用
@article{arxiv.2310.14648,
title = {Reconfigurable Multifunctional van der Waals Ferroelectric Devices and Logic Circuits},
author = {Ankita Ram and Krishna Maity and Cédric Marchand and Aymen Mahmoudi and Aseem Rajan Kshirsagar and Mohamed Soliman and Takashi Taniguchi and Kenji Watanabe and Bernard Doudin and Abdelkarim Ouerghi and Sven Reichardt and Ian O'Connor and Jean-Francois Dayen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.14648},
year = {2023}
}
备注
23 pages, 5 figures; Supporting Information: 12 pages, 6 figures