6 埃米厚二维 Ga$_2$O$_3$ 中的铁电性

原子级铁电薄膜在高密度、低功耗应用中极具前景，但在极端薄度下面临稳定性和电压缩放的挑战。在此，我们展示了在仅 6 埃米厚度下，单晶二维（2D）Ga$_2$O$_3$（一种超宽带隙半导体）中的铁电性，表现出优异的保持性和热稳定性。我们表明，外延 $\beta$-Ga$_2$O$_3$ 可以通过自限制机制剥离至半晶胞厚度，从而实现双轴应变诱导的相变，转变为新型铁电层状结构。应变调制使得极化翻转电压降至 0.8 V，满足 CMOS 电压缩放要求。理论计算表明，翻转由共价键重构驱动，有效抵消退极化并增强稳定性。此外，我们使用低温、与后端工艺兼容的工艺将铁电 2D Ga$_2$O$_3$ 集成到硅上。这项工作推进了对亚纳米铁电体的探索，为与先进硅技术无缝集成的高密度、低功耗、非易失性应用铺平了道路。