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
动人的乾发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
WBTT完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
2秒前
臧锦航发布了新的文献求助10
2秒前
科目三应助momo采纳,获得10
3秒前
睡不醒的xx完成签到 ,获得积分10
3秒前
陈丽发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
小马甲应助liqingsong采纳,获得10
7秒前
科目三应助光锥之外采纳,获得10
8秒前
安康彭于晏完成签到,获得积分10
8秒前
苗条的成功女人完成签到 ,获得积分10
8秒前
NY完成签到,获得积分10
9秒前
dawn发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
斯文败类应助文龙之子采纳,获得10
10秒前
11秒前
12秒前
纯真的飞绿完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
chuanzhi完成签到,获得积分10
14秒前
Dx完成签到,获得积分10
14秒前
晴枫3648发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
15秒前
15秒前
16秒前
66发布了新的文献求助10
17秒前
bigalexwei完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
我是老大应助大气的尔蓝采纳,获得10
19秒前
整点薯条发布了新的文献求助10
19秒前
20秒前
Jenkin发布了新的文献求助10
20秒前
21秒前
halo完成签到 ,获得积分10
21秒前
22秒前
小张完成签到,获得积分10
22秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
Prescott's Microbiology: 2026 Release ISE 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(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
Environmental Leverage in Times of Climate Crisis: Product Standards, Carbon Border Measures and Preferential Trade Agreements 1000
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 1000
Erwählung und Berufung bei Paulus: Bedeutung, Entwicklung und Funktion einer Vorstellung in ihrem frühjüdischen und griechisch-römischen Kontext 850
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 7192923
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8829247
关于积分的说明 18641192
捐赠科研通 6828661
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3175927
关于科研通互助平台的介绍 2328008
邀请新用户注册赠送积分活动 2150409