我国铁电存储器循环寿命突破100亿次

IT时代网9月25日消息，西安电子科技大学郝跃院士团队联合香港城市大学、复旦大学在纤锌矿铁电材料耐久性问题上取得突破，相关论文已于9月11日发表在国际学术期刊《Science》，西安电子科技大学为第一完成单位。

以氮化铝钪为代表的纤锌矿氮化物铁电材料，因结构高度有序、与现有芯片制造工艺兼容，被视为下一代非易失性存储器的候选材料。但这类材料在反复读写中耐久性不足，完全极化翻转条件下已有器件通常在约一亿次循环后失效。

团队综合运用电输运分析、电子叠层衍射成像、电子能量损失谱、几何相位应变分析及第一性原理计算等手段，在原子尺度追踪缺陷动态演化，将失效根源锁定在氮空位：循环电场持续驱动氮空位重新分布、局域团聚和长程迁移，一方面形成贯穿薄膜厚度方向的漏电通道诱发硬击穿，另一方面与极化相关晶格重取向耦合，导致存储极化信号逐渐退化。

针对上述机制，团队提出氮空位拓扑稳定的缺陷调控概念，设计空间与能量协同的双重干预方案：空间维度构筑氮化铝钪与氮化铝的铁电超晶格结构，用周期性插入的氮化铝层阻挡氮空位长程迁移；能量维度引入动态恢复方法，促使已局域聚集的氮空位重新分布。

测试显示，该方案制备的超晶格器件在完全极化翻转条件下实现超过100亿次循环耐久性，较此前纪录提升约两个数量级；器件经历10亿次循环后存储信号衰减控制在3%以内。通讯作者周久人表示，过去优化寿命更多依赖更换材料配方、调整工艺参数，现在有了清晰的微观物理图像，可以有针对性地设计调控方案。

注：本文综合自IT之家等，文中包含AI辅助创作的内容。

编辑：林一舟