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,Rajesh V. Chopdekar,Padraic Shafer,Elke Arenholz,Chenming Hu,Roger Proksch,R. Ramesh,Jim Ciston,Sayeef Salahuddin
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:580 (7804): 478-482 被引量:539
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
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

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
1秒前
朴素的道罡完成签到 ,获得积分10
1秒前
2秒前
畅快宛丝完成签到 ,获得积分10
2秒前
2秒前
4秒前
yyw关闭了yyw文献求助
4秒前
4秒前
飞快的夜天完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
7秒前
9秒前
xiaoyan发布了新的文献求助10
10秒前
zj-3333333发布了新的文献求助10
12秒前
Healer完成签到,获得积分10
12秒前
汉堡包应助危机的咖啡豆采纳,获得10
12秒前
16秒前
拉长的黄豆完成签到,获得积分20
16秒前
枯藤老柳树完成签到,获得积分10
17秒前
飘逸踏歌完成签到,获得积分10
17秒前
reborn完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
无花果应助内向宛凝采纳,获得10
19秒前
skyziy完成签到,获得积分10
22秒前
22秒前
丢丢发布了新的文献求助10
23秒前
259185发布了新的文献求助30
23秒前
陈陈陈完成签到,获得积分10
24秒前
小黄发布了新的文献求助10
24秒前
FashionBoy应助zjy采纳,获得10
25秒前
阳光萝完成签到,获得积分10
26秒前
26秒前
赘婿应助高高采纳,获得10
26秒前
kjding完成签到,获得积分10
26秒前
我是大兴发布了新的文献求助10
26秒前
神勇的飞绿完成签到,获得积分10
26秒前
26秒前
26秒前
迢迢笙箫应助秋蚓采纳,获得10
27秒前
27秒前
高分求助中
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
юрские динозавры восточного забайкалья 800
English Wealden Fossils 700
Chen Hansheng: China’s Last Romantic Revolutionary 500
宽禁带半导体紫外光电探测器 388
COSMETIC DERMATOLOGY & SKINCARE PRACTICE 388
Case Research: The Case Writing Process 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 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 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3142116
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2793064
关于积分的说明 7805155
捐赠科研通 2449387
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1303185
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 626807
版权声明 601291