随着信息数字化的持续发展，探索基于新材料的新器件和新架构已经成为发展芯片技术的关键核心之一。作为新型的数据存储载体，萤石结构的铪基氧化物由于具有与CMOS工艺高度的兼容性和纳米尺度下稳定的铁电性，有望成为后摩尔时代突破算力瓶颈的关键材料。然而，铪基氧化物铁电性的物理起源还存在着争议，微纳尺度下铁电特性表征仍然面临着巨大的挑战，成为制约铪基氧化物在铁电场效应晶体管，铁电负电容场效应晶体管和铁电隧道结等新兴逻辑器件和存储器件领域实际应用的瓶颈。
近日，极化材料与器件教育部重点实验室研究团队利用扫描探针显微镜（SPM），首次通过实验确认了Hf0.5Zr0.5O2 (HZO)薄膜的本征挠曲电效应，利用SPM探针成功实现基于力诱导的面外极化翻转特性，第一性原理计算表明其物理机制源于HZO中存在着挠曲电诱导的不对称双势阱。相关研究成果以“Mechanical Polarization Switching in Hf0.5Zr0.5O2 Thin Film”为题于2022年6月1日在线发表在纳米科学技术领域权威刊物Nano Letters上。
该工作表明HZO的本征铁电特性可稳定存在于室温而不依赖于器件的顶电极，挠曲电诱导铁电极化翻转特性使HZO薄膜有望应用于柔性传感器和能量收集器等领域，为研制基于HZO的多功能新兴微纳电子器件提供了崭新的思路。极化材料与器件教育部重点实验室段纯刚教授，钟妮研究员为该工作的通讯作者，博士后关赵和物理电子学2020级硕士研究生李云康琪为该工作的共同一作。合作者还包括极化材料与器件教育部重点实验室褚君浩院士，向平华研究员和西安电子科学大学的韩根全教授等。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科技创新行动计划和之江实验室等项目支持。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c01066
