全原子层沉积垂直互补FeRAM，具有超高2Pr > 100 uC/cm2和高耐久性 > 1E10次循环
材料科学
2026-04-17 v1
摘要
HfO2基FeRAM中有限的剩余极化（Pr）仍然是密度扩展和可靠性的关键障碍，而材料和工艺优化只能提供渐进式的改进。这种限制从根本上源于受厚度约束的可切换极化和HfO2基铁电体的固有极化上限。在此，我们提出了一种全ALD生长的垂直互补FeRAM（VCF）架构，其中顶部和底部堆叠的FeRAM单元保持互补极化。这种互补偶极子配置将读出从单层极化响应转换为差分极化求和，从而在不增加每个单独层的开关场或产生面积开销的情况下放大有效电荷窗口。从上到下看，“上-下”极化对存储逻辑'1'，而“下-上”对存储逻辑'0'。使用互补极化写入-读取方案，VCF实现了超过100 uC/cm^2的有效差分极化，并在1e10次开关循环后保持超过90 uC/cm^2而不会发生电击穿。展示了稳健的保持力（在85摄氏度下超过1e4秒）和强大的抗干扰能力，在V/3方案下经过1e6次干扰脉冲后，有效差分极化超过80 uC/cm^2。在5 x 5无选择器交叉点阵列中验证了阵列级操作。VCF的性能增强源于全ALD生长工艺、器件架构和操作方案的协同优化，为可扩展的FeRAM集成实现了高密度、宽存储窗口和强可靠性。
引用
@article{arxiv.2604.15131,
title = {Fully Atomic-Layer-Deposited Vertical Complementary FeRAM with Ultra-High 2Pr > 100 uC/cm2 and High Endurance > 1E10 cycles},
author = {Renhao Xue and Ruizhan Yan and Mansun Chan and Xiwen Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.15131},
year = {2026}
}