通过插入Al₂O₃中间层实现多态与超低功耗铁电隧道结

Multistates and Ultralow-Power Ferroelectric Tunnel Junction by Inserting Al₂O₃ Interlayer

Yefan Zhang · Shihao Yu · Peng Yang · Xiaopeng Luo 等6人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2024年12月

在本文中，我们设计了一种优化的铁电隧道结（FTJ）器件结构，即在 Hf₀.₅Zr₀.₅O₂（HZO）薄膜之间插入 3 纳米的 Al₂O₃。Al₂O₃ 中间层可以阻止 HZO 晶粒的纵向生长，并增加铁电畴的数量。因此，带有 Al₂O₃ 中间层的 FTJ 器件展现出惊人的多级状态（256 级）和超低的计算功耗（76.1 皮瓦/比特）。此外，所提出的 FTJ 器件具有高线性度（<inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" ...

解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项铁电隧道结（FTJ）技术虽然当前主要面向类脑计算领域，但其核心特性与我们在新能源领域的技术需求存在潜在契合点。 该技术通过在HZO铁电薄膜中插入Al₂O₃中间层，实现了256级多态存储和76.1 pW/bit的超低功耗，这种极致的能效优化理念与阳光电源在光伏逆变器和储...

基于Zr0.75Hf0.25O2/Al2O3复合势垒的铁电隧道结

Ferroelectric tunnel junction based on Zr0.75Hf0.25O2/Al2O3 composite barrier

Yating Cao · Jingchao Xiao · Haoxin Qiao · Wei Zhang · Applied Physics Letters · 2025年1月 · Vol.126

具有可调谐穿隧电阻效应的铁电隧道结（FTJ）在新型非易失性存储器中具有重要应用前景。本研究制备了6 nm厚、Zr:Hf=3:1的Hf掺杂ZrO2（ZHO）铁电薄膜，其剩余极化达30 μC/cm²，并引入1 nm Al2O3介质层构建Pt/ZHO/Al2O3/W结构FTJ以抑制漏电流。器件实现了超过7000的穿隧电阻比，性能优于已报道的其他铪基/锆基FTJ。在100 ns脉冲写入下，器件表现出多态稳定性、10⁴ s以上保持特性及超过5×10⁴次的耐久性，且在0.2 V下获得8 A/cm²的较高读取...

解读: 该铁电隧道结技术对阳光电源储能系统和电动汽车产品具有前瞻性价值。其7000倍穿隧电阻比、10⁴s数据保持及5×10⁴次耐久性，可应用于ST系列储能变流器的参数存储模块和车载OBC的配置记忆单元，替代传统EEPROM实现更快速的状态保存与恢复。100ns写入速度适配PowerTitan系统的实时工况记...