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 [Springer Nature]
卷期号:580 (7804): 478-482 被引量:817
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
正一笑完成签到,获得积分10
1秒前
魁梧的沛萍完成签到 ,获得积分10
2秒前
4秒前
小瑄完成签到 ,获得积分10
6秒前
zz发布了新的文献求助10
9秒前
文献狗完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
清爽念柏完成签到 ,获得积分10
12秒前
13秒前
舒仲完成签到,获得积分10
14秒前
17秒前
王柯完成签到 ,获得积分10
18秒前
yindi1991完成签到 ,获得积分10
18秒前
19秒前
Robby完成签到 ,获得积分10
19秒前
19秒前
li完成签到,获得积分10
21秒前
董家旭发布了新的文献求助10
23秒前
贪玩的秋柔举报liujinjin求助涉嫌违规
25秒前
aixiaoming0503完成签到,获得积分10
25秒前
顺顺顺完成签到,获得积分10
27秒前
30秒前
罗格朗因完成签到 ,获得积分10
32秒前
SciGPT应助董家旭采纳,获得10
33秒前
光之战士完成签到 ,获得积分10
34秒前
小昊完成签到,获得积分10
35秒前
35秒前
852应助温暖元容采纳,获得10
38秒前
懒得起名字完成签到 ,获得积分10
38秒前
彦凝毓完成签到,获得积分10
41秒前
这么年轻压根睡不着完成签到 ,获得积分10
41秒前
大个应助科研通管家采纳,获得10
42秒前
小马甲应助科研通管家采纳,获得10
42秒前
斯文败类应助科研通管家采纳,获得50
42秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
42秒前
42秒前
nicebro完成签到,获得积分10
42秒前
bkagyin应助科研通管家采纳,获得30
43秒前
超帅孱应助科研通管家采纳,获得10
43秒前
JamesPei应助科研通管家采纳,获得10
43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
Modern Epidemiology, Fourth Edition 5000
Handbook of pharmaceutical excipients, Ninth edition 5000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Weaponeering, Fourth Edition – Two Volume SET 2000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 生物化学 化学工程 物理 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 物理化学 光电子学 电极 冶金 基因 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6021843
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7636970
关于积分的说明 16167100
捐赠科研通 5169682
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2766529
邀请新用户注册赠送积分活动 1749627
关于科研通互助平台的介绍 1636662