北京
7月2日，華東師范大學、復旦大學等合作，在纖鋅礦型Al???Sc?N新型鐵電極化翻轉機制研究方面取得重要進展。研究團隊首次發現了Al???Sc?N鐵電材料中的交替偶極層這一新的原子尺度結構特征，揭示了其降低鐵電翻轉能壘、促進逐步極化翻轉的微觀機制，建立了原子尺度結構與極化翻轉動力學之間的直接聯系，為纖鋅礦鐵電材料設計提供了新的理論框架，并為新一代高溫電子器件和高密度非易失存儲技術的發展提供了新的科學依據。
相關成果以"Alternating atomic-dipole layers and switching dynamics in Al???Sc?N ferroelectrics" 為題發表于國際頂級學術期刊 《Science》。論文共同通訊作者為華東師范大學成巖教授、吳宇寧教授和復旦大學魏瑩芬青年研究員，共同第一作者為華東師范大學鄭勇輝副教授、白瑞榮博士、辛天驕博士，以及復旦大學博士研究生趙軒宇，論文重要合作者還包括華東師范大學段純剛教授、浙江大學田鶴教授、安徽大學葛炳輝教授、復旦大學劉明院士、劉琦教授和陳時友教授。本研究得到了國家自然科學基金委、國家重點研發計劃、上海市科委等項目的支持。
纖鋅礦型Al???Sc?N兼具大極化強度、高熱穩定性以及良好的CMOS兼容性，是新一代非易失存儲器、高溫電子器件的重要候選材料。然而，纖鋅礦氮化物的極化翻轉需要克服極高的能量勢壘。盡管實驗已證明引入Sc等元素能夠顯著降低矯頑場并實現可逆鐵電翻轉，然而對于陽離子取代如何通過原子尺度機制降低翻轉能壘從而減小矯頑場，仍需更深入的理解。研究團隊利用球差校正透射電子顯微技術首次直接觀察到沿極化方向周期性交替排列的原子偶極層結構，并結合第一性原理計算揭示了其形成機制。研究進一步發現，這種富鈧（Sc-rich）與貧鈧（Sc-poor）交替排列的偶極層，使得極化翻轉能夠通過多個亞穩中間態發生局域翻轉，從而大幅降低翻轉能壘。
在本項研究中，復旦大學團隊負責整體實驗方案設計，包括Al???Sc?N鐵電薄膜樣品生長、鐵電器件制備和系統電學性能測試，系統開展極化翻轉動力學研究。團隊通過材料設計、器件測試和動力學分析，驗證了交替原子偶極層促進極化翻轉、降低翻轉能壘的關鍵作用，為建立原子尺度結構與器件性能之間的關聯提供了重要實驗依據。
近年來，復旦大學集成電路與微納電子創新學院劉明院士團隊長期圍繞CMOS兼容的鐵電材料與新型非易失存儲技術開展研究，在鐵電薄膜材料生長與物理機制、器件設計與工藝優化、電學測試與仿真模型、芯片集成與應用等方面形成了系統研究基礎。未來，團隊將持續圍繞CMOS兼容的鐵電材料及高密度非易失存儲技術開展研究，深化鐵電材料基礎理論、器件物理與集成應用的協同創新，為新型存儲器件和芯片的發展提供理論支撐和關鍵技術儲備。
論文鏈接：DOI: 10.1126/science.aee9639
來源：復旦大學集成電路與維納電子創新學院。
近期學術會議推薦
歡迎留言，分享觀點。點亮?
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
