Strain-based room-temperature non-volatile MoTe2 ferroelectric phase change transistor

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作者
Wenhui Hou,Ahmad Azizimanesh,Arfan Sewaket,Tara Peña,Carla Watson,Ming Liu,Hesam Askari,Stephen M. Wu
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:14 (7): 668-673 被引量:125
标识
DOI:10.1038/s41565-019-0466-2
摘要

The primary mechanism of operation of almost all transistors today relies on the electric-field effect in a semiconducting channel to tune its conductivity from the conducting ‘on’ state to a non-conducting ‘off’ state. As transistors continue to scale down to increase computational performance, physical limitations from nanoscale field-effect operation begin to cause undesirable current leakage, which is detrimental to the continued advancement of computing1,2. Using a fundamentally different mechanism of operation, we show that through nanoscale strain engineering with thin films and ferroelectrics the transition metal dichalcogenide MoTe2 can be reversibly switched with electric-field-induced strain between the 1T′-MoTe2 (semimetallic) phase to a semiconducting MoTe2 phase in a field-effect transistor geometry. This alternative mechanism for transistor switching sidesteps all the static and dynamic power consumption problems in conventional field-effect transistors3,4. Using strain, we achieve large non-volatile changes in channel conductivity (Gon/Goff ≈ 107 versus Gon/Goff ≈ 0.04 in the control device) at room temperature. Ferroelectric devices offer the potential to reach sub-nanosecond non-volatile strain switching at the attojoule/bit level5–7, with immediate applications in ultrafast low-power non-volatile logic and memory8 while also transforming the landscape of computational architectures because conventional power, speed and volatility considerations for microelectronics may no longer exist. Strain-induced phase change in MoTe2 enables reversible channel conductivity switching in a field-effect transistor geometry.
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