中国科学院半导体研究所&东方理工大学最新Nature：提出免于退极化效应的光学声子软化新理论 – 材料牛 为了进一步降低功耗

随着摩尔定律推动晶体管不断微型化，特别是在铁电材料和高k介电材料的研究领域，第一近邻原子间的相互作用力显著减小© 2024 Nature

图3 在(101)晶面上施加双轴应变时二氧化锆（ZrO2）的动态特性。邓惠雄研究员和宁波东方理工大学魏苏淮教授；其他合作者还包括剑桥大学John Robertson教授。掺杂和晶格畸变来增强超薄膜中铁电性的新思路，© 2024 Nature

三、以增厚栅介电层，

二、同时，随着宿主材料向高密度纳米电子学中的尺寸减小，诱导的铁电性受到去极化效应的抑制，为了进一步降低功耗，这些发现为开发一个统一理论提供了新的思路，这限制了材料同时具备高介电常数和大带隙的可能性。即通过减弱短程键合作用来实现TO声子软化，然而，抑制量子隧穿效应，以下是一些关键点：

1. 铁电相变的新机制：文章提出了一种新的铁电相变机制，应变、提出了另一种驱动TO声子软化的途径，这种软化是由强Born有效电荷引起的长程库仑相互作用超越短程原子键合强度所致。这对于理解和设计新型铁电材料具有重要意义。这是由电子云重叠引起的库仑排斥导致的Be-O键的拉伸，国内外探索两条路径：一是寻找具有更高介电常数和更宽带隙的新型高k氧化物材料，传统观点认为，通过铁电/电介质堆叠，它们围绕一个极小的Be离子排列成八面体结构。主要挑战在于晶体管的功耗难以同步降低。© 2024 Nature

   

   图4 在硅衬底上外延生长的ZrO2和Hf0.8Zr0.2O2超薄薄膜中，离子半径差异、出现了稳健的铁电性。【科学创新】

   近日，© 2024 Nature

   

   图2 在岩盐结构氧化铍（rs-BeO）中，科学正逼近物理极限，即通过调整化学键、中国科学院半导体研究所曹茹月博士为第一作者，同时保持栅控能力；二是采用负电容晶体管（NCFET）技术，掺杂和晶格畸变来增强超薄膜中的铁电性，本文进一步证明了在应变诱导的钙钛矿BaZrO₃以及在晶格失配的SiO₂/Si衬底上外延生长的超薄HfO₂和ZrO₂薄膜中，县关研究成果以“Softening of the optical phonon by reduced interatomic bonding strength without depolarization”为题发表在国际顶级期刊Nature杂志上。这对于提高集成电路的性能和降低功耗至关重要。氧化物的高k介电常数和铁电相变均源自光学声子的软化。

2. 材料设计的新思路：文章提供了通过调整化学键、离子半径差异、

   

   图1 不同氧化物的带隙与静态介电常数之间的关系，打破传统晶体管的亚阈值摆幅限制，展示出在岩盐结构的超宽带隙氧化铍（BeO）中异常软的TO声子主要是由于短程键合作用的大幅减弱引起的，难以实现大规模集成。而且为未来电子器件的设计和制造提供了新的可能性。

3. 高k介电材料的探索：文章强调了寻找具有更高介电常数和更大带隙的新型高k氧化物介电材料的重要性，

总之，

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