写入循环耐久性超过 1010 的亚 50 nm 铁电 AlScN
材料科学
2025-04-21 v1 应用物理
摘要
锥形铁电体，特别是铝硼氮化物(AlScN)，已成为非易失存储器的有前景的材料平台，具有超过 100 uC/cm2 的高极化值。然而，由于其高 coercive 场(>3 MV/cm)，其写入循环耐久性仅限于约 107 个循环。本文演示了对 AlScN 中极化开关的前所未有的控制，实现了写入循环耐久性超过 1010 个循环，显著超过以往锥形铁电基准的千倍提升。通过对 45 nm 厚 Al0.64Sc0.36N 电容器进行精确电压调制，我们展示，尽管完全极化反转(2Pr ~ 200 uC/cm2)可维持约 108 个循环，但部分开关可将耐久性扩展到超过 1010 个循环，同时保持 substantial 极化(>30 uC/cm2 for 2Pr)。这种卓越的耐久性，结合在优化 10 um 直径器件中接近 10 MV/cm 的击穿场，代表了报告给目前为止任何锥形铁电材料的最高值。我们的发现确立了铁电氮化物的可靠性新范式，表明受控的部分极化和尺寸缩放可实现高耐久性和能效操作。
引用
@article{arxiv.2504.13285,
title = {Write Cycling Endurance Exceeding 1010 in Sub-50 nm Ferroelectric AlScN},
author = {Hyunmin Cho and Yubo Wang and Chloe Leblanc and Yinuo Zhang and Yunfei He and Zirun Han and Roy H. Olsson and Deep Jariwala},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.13285},
year = {2025}
}
备注
23 pages, 4 figures for manuscript 29 pages, 15 figures, 3 Informations for Supplementary Information