La scoperta del materiale può aiutare a realizzare un livello basso

17 agosto 2023

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di Liu Jia, Accademia Cinese delle Scienze

I materiali ferroelettrici a base di ossido di afnio sono candidati promettenti per i dispositivi su scala nanometrica di prossima generazione grazie alla loro integrazione nell'elettronica del silicio.

In uno studio pubblicato su Science, ricercatori dell'Istituto di Microelettronica dell'Accademia Cinese delle Scienze (IMECAS) e dell'Istituto di Fisica del CAS hanno scoperto un ferroelettrico romboedrico stabile Hf(Zr)+xO2 che presenta un potere coercitivo ultrabasso campo.

L'elevato campo coercitivo intrinseco dei dispositivi ferroelettrici Hf(Zr)O2 alla fluorite porta alla tensione operativa incompatibile con nodi di tecnologia avanzata e durata limitata. In questo lavoro è stato scoperto un materiale ferroelettrico stabile Hf(Zr)1+xO2 in fase r che riduce efficacemente la barriera di commutazione dei dipoli ferroelettrici nei materiali a base di HfO2.

La microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM) ha verificato l'intercalazione di atomi di Hf(Zr) in eccesso all'interno dei siti cavi, formando una matrice ordinata. I calcoli della teoria del funzionale della densità (DFT) hanno fornito informazioni sul meccanismo sottostante secondo il quale gli atomi intercalati stabilizzano la fase ferroelettrica e riducono la sua barriera di commutazione.

I dispositivi ferroelettrici basati sulla fase r Hf(Zr)1+xO2 presentano un campo coercitivo ultrabasso (~0,65 MV/cm), un elevato valore di polarizzazione residua (Pr) di 22 μC/cm2, un piccolo campo di polarizzazione di saturazione (1,25 MV/cm) ed elevata resistenza (1012 cicli).

Il lavoro ha applicazioni nei chip di memoria a basso costo e di lunga durata.

Maggiori informazioni: Yuan Wang et al, Una fase romboedrica stabile in un condensatore ferroelettrico Hf(Zr) 1+ x O 2 con campo coercitivo ultrabasso, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adf6137

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