論文題目：Enhanced Electro-Resistance and Tunable Asymmetric Depolarization Behavior in Hf0.5Zr0.5O2 Ferroelectric Tunnel Junction by Bottom Oxide Interfacial Layer
作者列表：Shuxian Lyu, Xiao Long,* Yang Yang, Wei Wei, Yuanxiang Chen, Hong Xie, Bowen Nie,Boping Wang, Yuan Wang, Pengfei Jiang, Tiancheng Gong, Yan Wang, and Qing Luo*
DOI：10.1002/aelm.202400466
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aelm.202400466
研究背景
HfO2基鐵電隧道結（Ferroelectric Tunnel Junctions, FTJs）作為一種卓越的非易失性存儲器件，展現出超高的編程速度、低結構復雜度以及與CMOS的良好兼容性等顯著優勢。其電場驅動的極化翻轉和低漏電流特性，使FTJs在構建超低功耗、超高集成度的人工神經網絡（Artificial Neural Network, ANN）方面具有巨大的潛力。在FTJs的器件優化工藝中，通常通過引入底部氧化物插層（bottom interfacial layers, b-ILs）來提升存儲窗口并增強循環耐久性。然而，這一工藝可能導致非對稱退極化特性，給對器件非易失性有較高要求的應用場景帶來不利影響。近期研究表明，選擇適當的b-ILs可以在保證足夠存儲窗口的同時，最大限度地消除非對稱極化現象。
研究內容
本研究采用原子層沉積技術（Atomic Layer Deposition, ALD），將不同類型的b-IL分別集成到鍺晶圓上，充分利用鍺的高遷移率和潔凈界面等優點，制備出性能優異且穩定的HfO2基鐵電薄膜。通過對比P-V電滯回線，探討了插層種類及厚度對剩余極化強度及矯頑場的影響。綜合隧道電子傳輸、C-V等特性，本文指出b-ILs對剩余極化和非對稱界面勢壘的綜合影響是調制存儲窗口和退極化特性的關鍵。研究發現，TiO2ILs通過優化印記電場（Imprint field）的作用，有效緩解FTJ的非對稱退極化現象，從而增強FTJs的非易失性，并展現出電導連續變化的神經突觸行為。這一優化工藝已成功應用于合作方開發的離子傳感和發電生物源傳感裝置，成為零電壓寫入人工神經系統的重要組件Advanced Materials (2024): 2404026, 10.1002/adma.202404026]。
圖1 ILs類型及厚度對FTJs的P-V電滯回線影響示意圖
圖2 FTJs器件電導隨編程脈沖變化模擬神經突觸增強/抑制過程
期刊簡介
期刊Advanced Electronic Materials重點發表物理：應用、材料科學：綜合、納米科技相關方向的文章。
該期刊是一個跨學科論壇，在材料科學，物理學，電子和磁性材料工程領域進行同行評審，高質量，高影響力的研究。除了基礎研究外，它還包括電子和磁性材料、自旋電子學、電子學、器件物理學和工程學、微納機電系統和有機電子學的物理和物理性質的研究。期刊最新引文指標為0.9，最新影響因子為5.3（2023）。
