新聞網(wǎng)訊 鐵電隧道結(jié)（FTJs）具有結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、讀寫速度快、非破壞性讀出等諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代非揮發(fā)信息存儲技術(shù)的有力競爭者。作為一種存儲器件，翻轉(zhuǎn)耐久性是決定其能否實際應(yīng)用的重要性能指標(biāo)。盡管阻變疲勞現(xiàn)象已經(jīng)在不同結(jié)構(gòu)的鐵電隧道結(jié)中數(shù)次觀測到，但導(dǎo)致隨數(shù)據(jù)擦/寫翻轉(zhuǎn)循環(huán)增加、ON/OFF開關(guān)電流比值減小的物理機(jī)制卻不清晰，阻變疲勞問題已成為FTJ器件向工業(yè)化發(fā)展的一個重要制約因素。
我校溫崢課題組以Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3隧道結(jié)為研究對象，通過高分辨透射電子顯微鏡（STEM）、電子能量損失譜（EELS）、壓電力顯微鏡（PFM）等微觀手段，結(jié)合阻變測試和第一性原理計算，在原子尺度上觀測到氧空位聚集形成的鐵電死層和局部的鈣鈦礦型晶格結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的BaTiO3勢壘極化的衰退和FTJ器件ON/OFF開關(guān)比值的下降，揭示了鐵電隧道結(jié)阻變疲勞的物理機(jī)制，并為其它低維鐵電器件的可靠性研究提供了參考。另一方面，該工作還驗證了Pt/BaTiO3/Nb:SrTiO3隧道結(jié)在經(jīng)歷了3×106次飽和阻變翻轉(zhuǎn)后，仍能保持106的開關(guān)比。其性能已經(jīng)比商用FLASH存儲器的耐久性指標(biāo)（104~105次擦/寫循環(huán)）提高了至少三十倍。相關(guān)成果以“Atomic-scale fatigue mechanism of ferroelectric tunnel junctions”為題發(fā)表在《Science Advances》期刊上（DOI: 10.1126/sciadv.abh2716）。青島大學(xué)為論文第一完成單位。碩士生楊以浩為第一作者、西安交通大學(xué)吳明博士和山東大學(xué)博士生鄭興穩(wěn)為共同第一作者。溫崢教授、新加坡國立大學(xué)Stephen J Pennycook教授和山東大學(xué)劉曉輝教授為共同通訊作者。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh2716
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