纳米尺度铁电体的材料限制开关

铁电体开关速度受到测量电路与铁电体开关本身之间相互作用的影响，这已使人们难以观察纳秒尺度以下的真实材料响应。本文报告了具有钙钛矿、氟锂矿和六方纤锌晶体结构的铁电体材料中基本极化开关速度。当岛式电容从微米缩小至纳米尺度后，观察到从电路受限开关向材料受限开关的明确转变。在 La$_{0.15}$Bi$_{0.85}$FeO$_{3}$ 电容中，开关速度可达约150 ps，为迄今报道的最快开关时间。对于多晶体 Hf$_{0.5}$Zr$_{0.5}$O$_{2}$ 电容，观察到约210 ps 的基本开关极限。Al$_{0.92}$B$_{0.08}$N 的开关时间接近20 ns，受制于诱发电场和击穿电场。我们报告了该材料限制 regime 中的激活电场、瞬时伪电阻率以及能耗-延迟权衡。最后，我们提供了达到材料限制 regime 的准则。该 regime 使得观察材料的内在属性以及高性能计算中有利的尺度趋势成为可能。