氮化鋁鈧薄膜實現下一代鐵電記憶體件

編譯／高晟鈞

由來自東京大學助理教授Kazuki Okamoto和Hiroshi Funakubo所領導的研究團隊，與Canon ANELVA Corporation及日本輻射研究所合作，利用氮化鋁鈧（AlScN）開發出了新一代鐵電薄膜，在高達600^OC的溫度下依舊能保持穩定的鐵電性能，有望成為新一代記憶體儲存裝置的潛力材料。

鐵電材料

想像一下，只有奈米厚的薄膜可以儲存千兆位元組的數據，像是電影、電玩遊戲和影片等，這就是鐵電材料在記憶體儲存方面令人興奮的潛力。這些材料具有獨特的離子排列，產生類似於二進位代碼中的 0 和 1 兩種不同的偏振態，可用於數位記憶體儲存。

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這意謂著鐵電材料可以在沒有電源的情況下「記住」數據，並且透過施加小電場來有效切換。這項特性使得它們極為節能，並且可以實現快速的讀寫速度。然而，鐵電材料在製造過程中，容易在熱氫處理（ThermoHydrogen Treatment）過程中降解並失去極化。

AlScN

能夠在含有氫氣的高溫製造工藝中保持穩定的鐵電材料，其晶體結構和鐵電性質不應該過於容易退化。這方面的兩個關鍵參數是剩餘極化（P_r）和矯頑場（E_c）。P_r是指去除電場後保留的極化，而E_c是切換材料極化狀態所需的電場。

經測試，AlScN薄膜保持了穩定的纖鋅礦型晶體結構，無論電極或處理氣體組成如何，其P_r都穩定保持在120 µC/cm2 以上，該值是HFO₂基薄膜的五倍，PZT的三倍。此外，E_c僅略微增加約 9%，但這種增加主要是因為薄膜晶格常數的變化，而不是由於氫的存在或所用電極的選擇。值得注意的是，與其他易受氫擴散影響的鐵電材料不同，Al和N之間的高鍵能可防止氫滲透薄膜。

AlScN具有相對穩定的晶體結構，可以抵抗含氫熱處理所引起的降解，有望成為下一代鐵電儲存裝置的黑馬。

資料來源:Phys.org

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