Enhanced ferroelectricity in ultrathin films grown directly on silicon

材料科学 铁电性 原子层沉积 钙钛矿(结构) 极化(电化学) 纳米技术 纳米 薄膜 光电子学 结晶学 化学 复合材料 电介质 物理化学
作者
Suraj Cheema,Daewoong Kwon,Nirmaan Shanker,Roberto dos Reis,Shang-Lin Hsu,Jun Xiao,Haigang Zhang,Ryan Wagner,Adhiraj Datar,Margaret R. McCarter,Claudy Serrao,Ajay K. Yadav,Golnaz Karbasian,Cheng‐Hsiang Hsu,Ava J. Tan,Li‐Chen Wang,Vishal Thakare,Xiang Zhang,Apurva Mehta,Evguenia Karapetrova
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:580 (7804): 478-482 被引量:871
标识
DOI:10.1038/s41586-020-2208-x
摘要

Ultrathin ferroelectric materials could potentially enable low-power logic and nonvolatile memories1,2. As ferroelectric materials are made thinner, however, the ferroelectricity is usually suppressed. Size effects in ferroelectrics have been thoroughly investigated in perovskite oxides—the archetypal ferroelectric system3. Perovskites, however, have so far proved unsuitable for thickness scaling and integration with modern semiconductor processes4. Here we report ferroelectricity in ultrathin doped hafnium oxide (HfO2), a fluorite-structure oxide grown by atomic layer deposition on silicon. We demonstrate the persistence of inversion symmetry breaking and spontaneous, switchable polarization down to a thickness of one nanometre. Our results indicate not only the absence of a ferroelectric critical thickness but also enhanced polar distortions as film thickness is reduced, unlike in perovskite ferroelectrics. This approach to enhancing ferroelectricity in ultrathin layers could provide a route towards polarization-driven memories and ferroelectric-based advanced transistors. This work shifts the search for the fundamental limits of ferroelectricity to simpler transition-metal oxide systems—that is, from perovskite-derived complex oxides to fluorite-structure binary oxides—in which ‘reverse’ size effects counterintuitively stabilize polar symmetry in the ultrathin regime. Enhanced switchable ferroelectric polarization is achieved in doped hafnium oxide films grown directly onto silicon using low-temperature atomic layer deposition, even at thicknesses of just one nanometre.
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
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
优雅的雁凡完成签到,获得积分10
刚刚
闻巷雨完成签到 ,获得积分10
刚刚
1秒前
岸边渔客完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
不安夏青完成签到,获得积分20
1秒前
1秒前
汤襄发布了新的文献求助10
1秒前
闪闪的易绿完成签到,获得积分10
1秒前
肝不动的牛马完成签到,获得积分10
1秒前
DSFSR完成签到,获得积分10
1秒前
叉叉仔啊发布了新的文献求助10
2秒前
落寞电灯胆完成签到,获得积分10
2秒前
Caramel完成签到,获得积分10
2秒前
跳跳虎完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
lq完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
YY发布了新的文献求助10
6秒前
七七完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
HIT_C完成签到,获得积分10
6秒前
清冷渊完成签到 ,获得积分10
7秒前
菠萝菠萝蜜完成签到,获得积分10
8秒前
汤襄完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
黑糖完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
zjwzxrl完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
MM完成签到,获得积分10
11秒前
Zhihu完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
怡然的凝雁完成签到,获得积分10
12秒前
小邓啊完成签到,获得积分10
12秒前
zzzy完成签到 ,获得积分10
12秒前
Lucas应助微辣不加香菜采纳,获得10
12秒前
yinguo完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
13秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 2500
Atlas of Aligner Treatment and Planning A Case-Based Approach 1000
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 700
Soil mites of the family Rhagidiidae (Actinedida: Eupodoidea). Morphology, Systematics, Ecology 520
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
丝光沸石活性位点定向调控及其二甲醚羰基化性能研究 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7433239
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9035061
关于积分的说明 19248227
捐赠科研通 7059557
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3236678
关于科研通互助平台的介绍 2400272
邀请新用户注册赠送积分活动 2219982