Enabling ultra-low-voltage switching in BaTiO3

矫顽力 材料科学 薄膜 切换时间 电容器 光电子学 极化(电化学) 缩放比例 电压 铁电性 电介质 凝聚态物理 电气工程 纳米技术 物理 化学 几何学 工程类 物理化学 数学
作者
Yizhe Jiang,Eric Parsonnet,Alexander Qualls,Wenbo Zhao,Sandhya Susarla,David Pesquera,Arvind Dasgupta,Megha Acharya,Hongrui Zhang,Tanay A. Gosavi,Chia-Ching Lin,Dmitri E. Nikonov,Hai Li,Ian A. Young,R. Ramesh,Lane W. Martin
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (7): 779-785 被引量:74
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01266-6
摘要

Single crystals of BaTiO3 exhibit small switching fields and energies, but thin-film performance is considerably worse, thus precluding their use in next-generation devices. Here, we demonstrate high-quality BaTiO3 thin films with nearly bulk-like properties. Thickness scaling provides access to the coercive voltages (<100 mV) and fields (<10 kV cm-1) required for future applications and results in a switching energy of <2 J cm-3 (corresponding to <2 aJ per bit in a 10 × 10 × 10 nm3 device). While reduction in film thickness reduces coercive voltage, it does so at the expense of remanent polarization. Depolarization fields impact polar state stability in thicker films but fortunately suppress the coercive field, thus driving a deviation from Janovec-Kay-Dunn scaling and enabling a constant coercive field for films <150 nm in thickness. Switching studies reveal fast speeds (switching times of ~2 ns for 25-nm-thick films with 5-µm-diameter capacitors) and a pathway to subnanosecond switching. Finally, integration of BaTiO3 thin films onto silicon substrates is shown. We also discuss what remains to be demonstrated to enable the use of these materials for next-generation devices.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
无与伦比发布了新的文献求助30
1秒前
3秒前
一人独钓一江秋完成签到,获得积分10
3秒前
5秒前
6秒前
干雅柏发布了新的文献求助10
8秒前
搜集达人应助俏皮芷蕊采纳,获得10
10秒前
上官若男应助sugar采纳,获得10
11秒前
xxxllllll发布了新的文献求助30
11秒前
11秒前
CodeCraft应助wangqiuhong采纳,获得10
12秒前
14秒前
桐桐应助jszhoucl采纳,获得10
14秒前
黄健斌完成签到,获得积分10
15秒前
HarryChan完成签到,获得积分10
17秒前
20秒前
21秒前
21秒前
华仔应助小绵羊采纳,获得10
23秒前
Andema发布了新的文献求助10
24秒前
俏皮芷蕊发布了新的文献求助10
25秒前
26秒前
xiao_niu完成签到,获得积分10
26秒前
liu发布了新的文献求助10
27秒前
大模型应助墨水采纳,获得10
28秒前
cc完成签到,获得积分10
28秒前
Jackson完成签到,获得积分10
28秒前
852应助李茵采纳,获得10
29秒前
郭富城发布了新的文献求助10
29秒前
30秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
34秒前
34秒前
Andema完成签到,获得积分10
35秒前
35秒前
老大蒂亚戈应助俏皮芷蕊采纳,获得10
35秒前
搜集达人应助木可采纳,获得10
38秒前
orixero应助wangjue采纳,获得10
39秒前
40秒前
liu完成签到,获得积分10
40秒前
Villanellel发布了新的文献求助50
41秒前
高分求助中
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 1000
ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 12th edition 500
‘Unruly’ Children: Historical Fieldnotes and Learning Morality in a Taiwan Village (New Departures in Anthropology) 400
Indomethacinのヒトにおける経皮吸収 400
Phylogenetic study of the order Polydesmida (Myriapoda: Diplopoda) 370
基于可调谐半导体激光吸收光谱技术泄漏气体检测系统的研究 350
Robot-supported joining of reinforcement textiles with one-sided sewing heads 320
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3989444
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3531531
关于积分的说明 11254250
捐赠科研通 3270191
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1804901
邀请新用户注册赠送积分活动 882105
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 809174