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微电子所在HfO2基铁电存储器研究领域取得进展

发布于：2024-06-06 编辑：匿名来源：网络

中科院微电子重点实验室研究领域取得进展，基于铁电二极管（Fe-diode）提出了Hf0.5Z0.5rO2（HZO）材料的三维集成。

铁电存储器具有高速、低功耗、高可靠性等优点，是下一代非易失性存储器的有力竞争者之一。

然而，传统铁电材料与标准CMOS工艺的兼容性差以及尺寸缩小的困难限制了铁电存储器的发展。

2006年，HfO2掺杂铁电材料的出现，开启了铁电存储器研究的新纪元。

HZO材料铁电性的起源一直是该领域争论的焦点。

在这项工作中，微电子所科研团队利用原子分辨率球差校正透射电子显微镜观察了晶格中Hf/Zr和O原子的排列。

这是世界上首次证实Pca21相的存在，即HfO2铁。

电的基本理论提供了最直接的证据。

不同结构的HfO2基铁电存储器（1T1C、FeFET、FTJ）相继推出。

1T1C结构的铁电存储器，读取具有破坏性，操作复杂，对疲劳特性要求高； FeFET可以实现三维集成，但无法实现随机存取； FTJ是一种电阻式存储器，但由于其线性低阻状态，其在垂直结构的三维交叉阵列中存在串扰问题。

微电子所在HfO2基铁电存储器研究领域取得进展

微电子研究所科研团队提出了一种新型HZO基铁电二极管（Fe-diode）器件，通过改变极化方向来控制铁电二极管的导通方向。

由于界面势垒的存在，器件具有高度的非线性( )，可以克服交叉阵列中的漏电，实现自选通功能。

该器件工作速度20ns，疲劳特性好，通态电流密度A/cm2，实现三维集成，垂直尺寸小于20nm。

上述成果于2018年3月13日发表在《Nature Communications》杂志上，标题为“一种高度CMOS兼容的铪基铁电二极管”（DOI：10./s7-7-6）。

微电子研究所罗庆副研究员、华东师范大学成岩作用副教授为该文章的第一作者。

刘明院士和微电子研究所卢航兵研究员为共同通讯作者。

上述工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院等相关项目的资助。

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