Las películas delgadas de óxidos binarios ferroeléctricos están atrayendo la atención por su compatibilidad superior con respecto a los materiales ferroeléctricos tradicionales basados en perovskita. Su compatibilidad y escalabilidad dentro del marco CMOS lo convierten en un candidato ideal para integrar dispositivos ferroeléctricos en componentes semiconductores convencionales, incluidos dispositivos de memoria de próxima generación y varios dispositivos lógicos como transistores de efecto de campo ferroeléctrico y transistores de efecto de campo de capacitancia negativa. P>
Se ha informado que aún persisten desafíos en la adopción generalizada de estos materiales, como un control electrostático insuficiente, confiabilidad comprometida y variaciones graves para el escalamiento de EOT en términos de integración a muy gran escala.
Investigación publicada en Materials Futures ha dilucidado comportamientos de tipo ferroeléctrico en películas dieléctricas amorfas. Sin embargo, es difícil distinguir claramente esta histéresis y ferroelectricidad observadas con películas ferroeléctricas clásicas con contribuciones concluyentes de fases específicas. Por lo tanto, es imperativo tener en cuenta que la clasificación de materiales amorfos como ferroeléctricos está sujeta a un debate científico continuo.
El mecanismo físico de la ferroelectricidad discutido por los autores implica el movimiento reversible de iones de oxígeno durante los impulsos eléctricos. Este movimiento de iones de oxígeno se considera un facilitador clave para el comportamiento ferroeléctrico emergente observado en los óxidos binarios. Los autores sugieren que este movimiento reversible de iones de oxígeno juega un papel crucial en la inducción y el control de las propiedades ferroeléctricas de los materiales.
Los investigadores descubrieron que existe ferroelectricidad emergente en el sistema de óxido ultrafino debido a la migración microscópica de iones en el proceso de conmutación. Estas películas de óxido binario ferroeléctrico se rigen por el mecanismo de conmutación limitado por la interfaz. Los dispositivos de memoria no volátil con dieléctricos amorfos ultrafinos redujeron el voltaje de funcionamiento a ±1 V.
Aunque se han realizado una serie de pruebas de caracterización y análisis de simulación, la comprensión del mecanismo detrás de la ferroelectricidad emergente en dieléctrico amorfo sigue siendo limitada. Para avanzar en la aplicación de este novedoso material ferroeléctrico, se deben realizar más investigaciones sobre el mecanismo teórico.
El profesor Yan Liu, autor principal del estudio, afirmó:"Nuestro trabajo no sólo aclara el mecanismo detrás de la aparición de ferroelectricidad en óxidos binarios, sino que también allana el camino para avances innovadores en la tecnología de semiconductores".
"El avance de métodos informáticos innovadores, como la computación neuromórfica, está estrechamente relacionado con el desarrollo de nuevos dispositivos y arquitecturas. Un área principal de énfasis son los materiales ferroeléctricos, que son esenciales para la integración con la tecnología CMOS existente. Demostramos que la ferroelectricidad puede ser Diseñado en dieléctricos amorfos convencionales de alto κ simplemente ajustando el nivel de oxígeno durante la deposición de ALD a baja temperatura."
"El descubrimiento de ferroelectricidad emergente en óxidos binarios amorfos abre un nuevo camino para soluciones de tecnología de almacenamiento no volátil, que pueden evitar las deficiencias de la degradación de la confiabilidad y el incremento de las fugas de compuerta en el escalado de HfO2 policristalino dopado. -películas basadas. Basado en dieléctricos amorfos, se puede crear un dispositivo de memoria no volátil con compatibilidad de procesos a baja temperatura, baja corriente de fuga, excelente confiabilidad y bajo voltaje de operación".
El enfoque presentado amplía el tema de investigación de la ferroelectricidad convencional para diseñar una serie de óxidos binarios extremadamente delgados ampliamente utilizados para transistores lógicos o de memoria para la futura tecnología CMOS.
Más información: Huan Liu et al, Evidencia del movimiento reversible de iones de oxígeno durante los pulsos eléctricos:facilitador de la ferroelectricidad emergente en óxidos binarios, Materials Futures (2024). DOI:10.1088/2752-5724/ad3bd5
Proporcionado por el Laboratorio de Materiales del Lago Songshan
