一、中科质料【导读】

随着信息技术的院铁快捷睁开，存储器件的电质需要越来越高，铁电存储器器件由于其具备高密度、中科质料高速率、院铁低功耗等短处，电质被以为是中科质料下一代非挥发性存储器器件的紧伸睁开倾向。氧化铪(HfO₂)基铁电质料由于可能集成到硅电子器件中，院铁成为下一代纳米器件的电质最有前途的候选质料之一。铁电HfO₂在纳米厚度下依然可能展现出强盛的中科质料电偶极子，而且与今世互补金属氧化物半导体（CMOS）技术兼容，院铁使患上铁电存储器（FeRAM）的电质实现成为可能。可是中科质料，铁电Hf(Zr)O₂（HZO）的院铁高矫顽场(E_c)导致高使命电压，是电质限度FeRAM在开始进技术中运用的关键下场。经由削减中间态[Hf(Zr)O₂的四方相（t-HZO）]的晃动性可能飞腾斜方铁电Hf(Zr)O₂（o-HZO）的E_c。晃动的中间t-HZO将飞腾极化o-HZO的晃动性。可是，这种t-HZO的单侧极化反转残余极化强度（P_r）仅为o-HZO的一半。与o-HZO差距，r-HZO的偏振切换不光取决于晶体偏振，还取决于缺陷迁移等外在因素。因此，一种与CMOS兼容且晃动的r-HZO基质料不光可能从根基上处置铪基铁电优化的顺境，而且还可能保存HZO质料的短处。

二、【下场掠影】

克日，中国迷信院微电子钻研所刘明院士、罗庆钻研员以及中科院物理钻研所杜世萱钻研员向导团队发现了一种新型菱面体铁电质料r-Hf(Zr)_1+xO₂，经由Hf(Zr)_1+xO₂薄膜的特殊妄想以及插层熏染，乐成飞腾了矫顽场，后退了器件的功能以及坚贞性，Hf(Zr)_1+xO₂铁电薄膜的发现为低老本以及短寿命的存储芯片提供了新的制作措施以及思绪。相关的钻研下场以“A stable rhombohedral phase in ferroelectric Hf(Zr)_1+xO₂capacitor with ultralow coercive field”为题宣告在science上。

三、【中间立异点】

1. 作者发现了一种新型铁电质料—菱面体铁电Hf(Zr)_1+xO₂，该质料具备超低的矫顽场以及超高的持久性。
2. Hf(Zr)_1+xO₂薄膜中过多的Hf(Zr)原子的插层作扩展了晶格并发生了更大的平面以及垂直应力，更有利于晃动铁电性子。

四、【数据概览】

图1  平面金属-铁电-金属（MFM）电容器及Hf(Zr)_1+xO₂薄膜的妄想表征。  ©2023 AAAS

图2  菱形相Hf(Zr)_1+xO₂的原子尺度STEM合成  ©2023 AAAS

图3  DFT合计预料的铁电Hf(Zr)_1+xO₂。  ©2023 AAAS

图4  r-Hf(Zr)_1+xO₂薄膜的铁电功能   ©2023 AAAS

五、【下场开辟】

综上所述，作者开拓了一种r相Hf(Zr)_1+xO₂铁电薄膜。基态r相Hf(Zr)_1+xO₂铁电薄膜处置了o相铁电HfO₂固有的高E_c下场。而且r-Hf(Zr)_1+xO₂铁电薄膜与CMOS兼容。Hf(Zr)_1+xO₂铁电薄膜中过多Hf(Zr)原子的插入，使Hf(Zr)_1+xO₂的晶格缩短，发生更大的面内以及面外应力，更有利于晃动铁电功能。此外，经由在Hf(Zr)_1+xO₂铁电薄膜中嵌入Hf，实现为了超低矫顽场（~0.65 MV/cm），飞腾了r相转换势垒以及偶极子引起的宽磁畴壁的扩展。作者所提出的新型r-Hf(Zr)_1+xO₂电容器妄想同时实现为了高击穿电场（4.16 MV/cm）、高P_r值（22 μC/cm²）、小饱以及极化电场（1.25 MV/cm）以及精采的持久性（逾越10¹²次循环），为非挥发性存储器器件的妄想以及制作提供了新的思绪以及措施。

文献链接：

https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adf6137

本文由WYH供稿