Wetenschap
Bewijs voor omkeerbare beweging van zuurstofionen tijdens elektrisch pulseren:opkomende ferro-elektriciteit in binaire oxiden
Dunne films van ferro-elektrische binaire oxiden trekken de aandacht vanwege hun superieure compatibiliteit ten opzichte van traditionele op perovskiet gebaseerde ferro-elektrische materialen. De compatibiliteit en schaalbaarheid binnen het CMOS-framework maken het een ideale kandidaat voor het integreren van ferro-elektrische apparaten in reguliere halfgeleidercomponenten, waaronder geheugenapparaten van de volgende generatie en verschillende logische apparaten zoals de ferro-elektrische veldeffecttransistor en de veldeffecttransistor met negatieve capaciteit. P>
Er is gemeld dat er nog steeds uitdagingen bestaan bij de wijdverbreide acceptatie van deze materialen, zoals onvoldoende elektrostatische controle, verminderde betrouwbaarheid en serieuze variatie voor EOT-schaling in termen van zeer grootschalige integratie.
Onderzoek gepubliceerd in Materials Futures heeft ferro-elektrisch gedrag in amorfe diëlektrische film opgehelderd. Het is echter moeilijk om deze waargenomen hysteresis en ferro-elektriciteit duidelijk te onderscheiden van klassieke ferro-elektrische films met overtuigende bijdragen van specifieke fasen. Daarom is het absoluut noodzakelijk op te merken dat de classificatie van amorfe materialen als ferro-elektrisch onderwerp is van voortdurend wetenschappelijk debat.
Het fysieke mechanisme voor de ferro-elektriciteit dat door de auteurs wordt besproken, omvat de omkeerbare beweging van zuurstofionen tijdens elektrische pulsen. Deze beweging van zuurstofionen wordt beschouwd als een sleutelfactor voor het opkomende ferro-elektrische gedrag dat wordt waargenomen in binaire oxiden. De auteurs suggereren dat deze omkeerbare beweging van zuurstofionen een cruciale rol speelt bij het induceren en controleren van de ferro-elektrische eigenschappen van de materialen.
De onderzoekers ontdekten dat er in het ultradunne oxidesysteem opkomende ferro-elektriciteit bestaat als gevolg van microscopische ionenmigratie tijdens het schakelproces. Deze ferro-elektrische binaire oxidefilms worden bestuurd door het interface-beperkte schakelmechanisme. Niet-vluchtige geheugenapparaten met ultradunne amorfe diëlektrica verlaagden de bedrijfsspanning tot ±1 V.
Hoewel er een reeks karakteriseringstests en simulatieanalyses is uitgevoerd, blijft het begrip van het mechanisme achter de opkomende ferro-elektriciteit in amorf diëlektricum beperkt. Om de toepassing van dit nieuwe ferro-elektrische materiaal te bevorderen, moet verder onderzoek naar het theoretische mechanisme worden uitgevoerd.
Prof. Yan Liu, de senior auteur van de studie, zei:"Ons werk verheldert niet alleen het mechanisme achter de opkomst van ferro-elektriciteit in binaire oxiden, maar maakt ook de weg vrij voor innovatieve vooruitgang in de halfgeleidertechnologie."
"De vooruitgang van innovatieve computermethoden, zoals neuromorfisch computergebruik, is nauw verbonden met de ontwikkeling van nieuwe apparaten en architecturen. Een primair aandachtsgebied zijn ferro-elektrische materialen, die essentieel zijn voor integratie met bestaande CMOS-technologie. We laten zien dat ferro-elektriciteit kan worden ontworpen in conventionele amorfe diëlektrica met hoge κ door simpelweg het zuurstofniveau aan te passen tijdens de ALD-afzetting bij lage temperatuur."
"De ontdekking van opkomende ferro-elektriciteit in amorfe binaire oxiden opent een nieuw pad voor niet-vluchtige oplossingen voor opslagtechnologie, die de tekortkomingen van verslechtering van de betrouwbaarheid en toename van poortlekken bij het opschalen van polykristallijn gedoteerd HfO kunnen vermijden2 -gebaseerde films. Op basis van de amorfe diëlektrica kan een niet-vluchtig geheugenapparaat met procescompatibiliteit bij lage temperaturen, lage lekstroom, uitstekende betrouwbaarheid en lage bedrijfsspanning worden gerealiseerd."
De gepresenteerde aanpak breidt het onderzoeksonderwerp van conventionele ferro-elektriciteit uit om een aantal veelgebruikte extreem dunne binaire oxiden te ontwikkelen voor logische of geheugentransistors voor toekomstige CMOS-technologie.