Materiaalontdekking kan helpen bij het realiseren van goedkope geheugenchips met een lange levensduur

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

In een studie gepubliceerd in Wetenschaponderzoekers van het Institute of Microelectronics van de Chinese Academie van Wetenschappen (IMECAS) en het Institute of Physics van CAS hebben de ontdekking gedaan van een stabiele romboëdrische ferro-elektrische Hf(Zr)_+xO₂ die een ultralaag dwangveld vertoont.

Het intrinsieke hoge dwangveld van het fluoriet ferroelektrische Hf(Zr)O₂ apparaten leidt tot de incompatibele bedrijfsspanning met geavanceerde technologieknooppunten en beperkt uithoudingsvermogen. In dit werk wordt een stabiele ferro-elektrische r-fase Hf(Zr)_1+xO₂ materiaal dat de schakelbarrière van ferro-elektrische dipolen in HfO effectief vermindert₂-gebaseerde materialen werden ontdekt.

Scanning transmissie-elektronenmicroscopie (STEM) verifieerde de intercalatie van overtollige Hf (Zr) -atomen in de holle plaatsen, waardoor een geordende reeks werd gevormd. Density Functional Theory-berekeningen (DFT) gaven inzicht in het onderliggende mechanisme dat de geïntercaleerde atomen de ferro-elektrische fase stabiliseren en de schakelbarrière verminderen.

De ferro-elektrische apparaten gebaseerd op de r-fase Hf(Zr)_1+xO₂ vertonen een ultralaag dwangveld (~ 0,65 MV/cm), een hoge restpolarisatiewaarde (Pr) van 22 μC/cm²een klein verzadigingspolarisatieveld (1,25 MV/cm) en een hoog uithoudingsvermogen (10¹² cycli).

Het werk heeft toepassingen in goedkope en duurzame geheugenchips.