論文題目：Enhanced Electro-Resistance and Tunable Asymmetric Depolarization Behavior in Hf0.5Zr0.5O2 Ferroelectric Tunnel Junction by Bottom Oxide Interfacial Layer
作者列表：Shuxian Lyu, Xiao Long,* Yang Yang, Wei Wei, Yuanxiang Chen, Hong Xie, Bowen Nie,Boping Wang, Yuan Wang, Pengfei Jiang, Tiancheng Gong, Yan Wang, and Qing Luo*
DOI：10.1002/aelm.202400466
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aelm.202400466
研究背景
HfO2基鐵電隧道結(jié)（Ferroelectric Tunnel Junctions, FTJs）作為一種卓越的非易失性存儲(chǔ)器件，展現(xiàn)出超高的編程速度、低結(jié)構(gòu)復(fù)雜度以及與CMOS的良好兼容性等顯著優(yōu)勢(shì)。其電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的極化翻轉(zhuǎn)和低漏電流特性，使FTJs在構(gòu)建超低功耗、超高集成度的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network, ANN）方面具有巨大的潛力。在FTJs的器件優(yōu)化工藝中，通常通過(guò)引入底部氧化物插層（bottom interfacial layers, b-ILs）來(lái)提升存儲(chǔ)窗口并增強(qiáng)循環(huán)耐久性。然而，這一工藝可能導(dǎo)致非對(duì)稱(chēng)退極化特性，給對(duì)器件非易失性有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)景帶來(lái)不利影響。近期研究表明，選擇適當(dāng)?shù)腷-ILs可以在保證足夠存儲(chǔ)窗口的同時(shí)，最大限度地消除非對(duì)稱(chēng)極化現(xiàn)象。
研究?jī)?nèi)容
本研究采用原子層沉積技術(shù)（Atomic Layer Deposition, ALD），將不同類(lèi)型的b-IL分別集成到鍺晶圓上，充分利用鍺的高遷移率和潔凈界面等優(yōu)點(diǎn)，制備出性能優(yōu)異且穩(wěn)定的HfO2基鐵電薄膜。通過(guò)對(duì)比P-V電滯回線，探討了插層種類(lèi)及厚度對(duì)剩余極化強(qiáng)度及矯頑場(chǎng)的影響。綜合隧道電子傳輸、C-V等特性，本文指出b-ILs對(duì)剩余極化和非對(duì)稱(chēng)界面勢(shì)壘的綜合影響是調(diào)制存儲(chǔ)窗口和退極化特性的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，TiO2ILs通過(guò)優(yōu)化印記電場(chǎng)（Imprint field）的作用，有效緩解FTJ的非對(duì)稱(chēng)退極化現(xiàn)象，從而增強(qiáng)FTJs的非易失性，并展現(xiàn)出電導(dǎo)連續(xù)變化的神經(jīng)突觸行為。這一優(yōu)化工藝已成功應(yīng)用于合作方開(kāi)發(fā)的離子傳感和發(fā)電生物源傳感裝置，成為零電壓寫(xiě)入人工神經(jīng)系統(tǒng)的重要組件Advanced Materials (2024): 2404026, 10.1002/adma.202404026]。
圖1 ILs類(lèi)型及厚度對(duì)FTJs的P-V電滯回線影響示意圖
圖2 FTJs器件電導(dǎo)隨編程脈沖變化模擬神經(jīng)突觸增強(qiáng)/抑制過(guò)程
期刊簡(jiǎn)介
期刊Advanced Electronic Materials重點(diǎn)發(fā)表物理：應(yīng)用、材料科學(xué)：綜合、納米科技相關(guān)方向的文章。
該期刊是一個(gè)跨學(xué)科論壇，在材料科學(xué)，物理學(xué)，電子和磁性材料工程領(lǐng)域進(jìn)行同行評(píng)審，高質(zhì)量，高影響力的研究。除了基礎(chǔ)研究外，它還包括電子和磁性材料、自旋電子學(xué)、電子學(xué)、器件物理學(xué)和工程學(xué)、微納機(jī)電系統(tǒng)和有機(jī)電子學(xué)的物理和物理性質(zhì)的研究。期刊最新引文指標(biāo)為0.9，最新影響因子為5.3（2023）。
