_ Dovezi pentru mișcarea reversibilă a ionilor de oxigen în timpul pulsațiilor electrice: Feroelectricitatea emergentă în oxizi binari

Filmele subțiri de oxizi binari feroelectrici atrag atenția pentru compatibilitatea lor superioară față de materialele feroelectrice tradiționale pe bază de perovskit. Compatibilitatea și scalabilitatea sa în cadrul CMOS îl fac candidatul ideal pentru integrarea dispozitivelor feroelectrice în componentele semiconductoare principale, inclusiv dispozitivele de memorie de ultimă generație și diverse dispozitive logice, cum ar fi tranzistorul cu efect de câmp feroelectric și tranzistorul cu efect de câmp de capacitate negativă.

S-a raportat că în adoptarea pe scară largă a acestor materiale rămân provocări, cum ar fi controlul electrostatic insuficient, fiabilitatea compromisă și variația serioasă pentru scalarea EOT în ceea ce privește integrarea la scară foarte mare.

Cercetările publicate în Materials Futures au elucidat comportamentele de tip feroelectric în filmul dielectric amorf. Cu toate acestea, este greu de distins clar această histerezis și feroelectricitate observate cu filmele feroelectrice clasice cu contribuții concludente ale fazelor specifice. Prin urmare, este imperativ să rețineți că clasificarea materialelor amorfe ca feroelectrice este supusă dezbaterii științifice în curs.

Mecanismul fizic al feroelectricității discutat de autori implică mișcarea reversibilă a ionilor de oxigen în timpul pulsațiilor electrice. Această mișcare a ionilor de oxigen este considerată un factor cheie pentru comportamentul feroelectric emergent observat în oxizii binari. Autorii sugerează că această mișcare reversibilă a ionilor de oxigen joacă un rol crucial în inducerea și controlul proprietăților feroelectrice ale materialelor.

Cercetătorii au descoperit că feroelectricitatea emergentă există în sistemul de oxid ultrasubțire datorită migrării ionilor microscopici în proces de comutare. Aceste filme de oxid binari feroelectric sunt guvernate de mecanismul de comutare limitat de interfață. Dispozitivele de memorie nevolatilă cu dielectrici amorfi ultrasubțiri au redus tensiunea de funcționare la ±1 V.

Deși au fost efectuate o serie de teste de caracterizare și analize de simulare, înțelegerea mecanismului din spatele feroelectricității emergente în dielectricul amorf rămâne limitată. Pentru a avansa în aplicarea acestui nou material feroelectric, trebuie efectuate cercetări suplimentare asupra mecanismului teoretic.

Prof. Yan Liu, autorul principal al studiului, a spus: „Lucrările noastre nu numai că elucidează mecanismul din spatele apariției feroelectricității în oxizi binari, ci și deschide calea pentru progrese inovatoare în tehnologia semiconductorilor.”

” Progresul metodelor de calcul inovatoare, cum ar fi calculul neuromorf, este strâns legat de dezvoltarea de noi dispozitive și arhitecturi. Un domeniu principal de accent este materialele feroelectrice, care sunt esențiale pentru integrarea cu tehnologia CMOS existentă în dielectrici convenționali amorfi high-κ prin simpla ajustare a nivelului de oxigen în timpul depunerii ALD la temperatură joasă.”

„Descoperirea feroelectricității emergente în oxizii binari amorfi deschide o nouă cale pentru tehnologia de stocare nevolatilă. soluții, care pot evita deficiențele de degradare a fiabilității și creșterea scurgerilor de poartă în filmele pe bază de HfO2 dopate policristalin. Pe baza dielectricilor amorfi, un dispozitiv de memorie nevolatil cu compatibilitate cu procese la temperaturi scăzute, curent de scurgere scăzut, fiabilitate excelentă și poate fi realizată o tensiune scăzută de funcționare."

Abordarea prezentată extinde subiectul de cercetare al feroelectricității convenționale pentru a proiecta un număr de oxid binari extrem de subțiri, larg folosiți, pentru tranzistoare logice sau de memorie pentru viitoarea tehnologie CMOS.

(Fluierul)