新聞網(wǎng)訊 鐵電隧道結(jié)（FTJs）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗、讀寫(xiě)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(chǔ)技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。作為一種存儲(chǔ)器件，翻轉(zhuǎn)耐久性是決定其能否實(shí)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(cè)到，但導(dǎo)致隨數(shù)據(jù)擦/寫(xiě)翻轉(zhuǎn)循環(huán)增加、ON/OFF開(kāi)關(guān)電流比值減小的物理機(jī)制卻不清晰，阻變疲勞問(wèn)題已成為FTJ器件向工業(yè)化發(fā)展的一個(gè)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(duì)象，通過(guò)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(cè)試和第一性原理計(jì)算，在原子尺度上觀測(cè)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(shì)壘極化的衰退和FTJ器件ON/OFF開(kāi)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(yàn)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(kāi)關(guān)比。其性能已經(jīng)比商用FLASH存儲(chǔ)器的耐久性指標(biāo)（104~105次擦/寫(xiě)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(guó)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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