Op hafniumoxide gebaseerde ferro-elektrische materialen zijn veelbelovende kandidaten voor apparaten op nanoschaal van de volgende generatie vanwege hun integratie in siliciumelektronica.

In een onderzoek gepubliceerd in Science , hebben onderzoekers van het Institute of Microelectronics van de Chinese Academie van Wetenschappen (IMECAS) en het Institute of Physics van CAS de ontdekking gedaan van een stabiele rhomboëdrische ferro-elektrische Hf(Zr)_+x O₂ dat een ultralaag coërcitief veld vertoont.

Het intrinsieke hoge coërcitieve veld van het fluoriet ferro-elektrische Hf(Zr)O₂ apparaten leidt tot de incompatibele bedrijfsspanning met geavanceerde technologische knooppunten en een beperkt uithoudingsvermogen. In dit werk een stabiele ferro-elektrische r-fase Hf(Zr)_1+x O₂ materiaal dat de schakelbarrière van ferro-elektrische dipolen in HfO₂ effectief vermindert -gebaseerde materialen werden ontdekt.

Scanning-transmissie-elektronenmicroscopie (STEM) verifieerde de intercalatie van overtollige Hf(Zr)-atomen in de holle plaatsen, waardoor een geordende array werd gevormd. Berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) gaven inzicht in het onderliggende mechanisme dat ervoor zorgt dat de geïntercaleerde atomen de ferro-elektrische fase stabiliseren en de schakelbarrière ervan verkleinen.

De ferro-elektrische apparaten gebaseerd op de r-fase Hf(Zr)_1+x O₂ vertonen een ultralaag coërcitief veld (~0,65 MV/cm), een hoge restpolarisatiewaarde (Pr) van 22 μC/cm ² , een klein verzadigingspolarisatieveld (1,25 MV/cm) en een hoog uithoudingsvermogen (10 ¹² cycli).

Het werk heeft toepassingen in goedkope geheugenchips met een lange levensduur.

Meer informatie: Yuan Wang et al., Een stabiele rhomboëdrische fase in ferro-elektrische Hf(Zr) 1+ x O 2 condensator met ultralaag coërcitief veld, Wetenschap (2023). DOI:10.1126/science.adf6137

Journaalinformatie: Wetenschap

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen