Silicon–van der Waals heterointegration for CMOS-compatible logic-in-memory design

可重构性 非易失性存储器 计算机科学 逻辑门 CMOS芯片 稳健性(进化) 发射极耦合逻辑 逻辑综合 计算机体系结构 材料科学 光电子学 逻辑族 计算机硬件 化学 电信 生物化学 算法 基因
作者
Mu‐Pai Lee,Changqing Gao,Meng‐Yu Tsai,Chih-Kuang Lin,Yang Feng,Hsin‐Ya Sung,Chi Zhang,Wenwu Li,Jun Li,Jianhua Zhang,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Keiji Ueno,Kazuhito Tsukagoshi,Ching‐Hwa Ho,Junhao Chu,Po‐Wen Chiu,M.F. Li,Wen‐Wei Wu,Yen‐Fu Lin
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:9 (49) 被引量:1
标识
DOI:10.1126/sciadv.adk1597
摘要

Silicon CMOS-based computing-in-memory encounters design and power challenges, especially in logic-in-memory scenarios requiring nonvolatility and reconfigurability. Here, we report a universal design for nonvolatile reconfigurable devices featuring a 2D/3D heterointegrated configuration. By leveraging the photo-controlled charge trapping/detrapping process and the partially top-gated energy band landscape, the van der Waals heterostacking achieves polarity storage and logic reconfigurable characteristics, respectively. Precise polarity tunability, logic nonvolatility, robustness against high temperature (at 85°C), and near-ideal subthreshold swing (80 mV dec −1 ) can be done. A comprehensive investigation of dynamic charge fluctuations provides a holistic understanding of the origins of nonvolatile reconfigurability (a trap level of 10 13 cm −2 eV −1 ). Furthermore, we cascade such nonvolatile reconfigurable units into a monolithic circuit layer to demonstrate logic-in-memory computing possibilities, such as high-gain (65 at V dd = 0.5 V) logic gates. This work provides an innovative 3D heterointegration prototype for future computing-in-memory hardware.

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