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无疲劳铁电材料创制 有望实现存储器无限次数擦写

化工仪器网 2024-06-11 • 7065阅读
  【化工仪器网 项目成果】作为一类常见的功能材料,铁电材料因晶体正负电荷中心不重合,产生电偶极矩,从而具有自发电极化的性质,被广泛应用于各种电子设备中。近年来,利用铁电材料制备的各类器件常被用于在高温高压、高频震动、高强磁场、高强辐射等复杂环境下执行存储、传感、驱动、能量转换等关键任务。然而,传统的铁电材料存在一个严重的问题,即随着极化翻转次数的增加,其极化会逐渐减小,性能逐渐衰减,最终导致器件失效。这种现象被称为铁电疲劳,是制约铁电材料应用的关键因素之一。因此,对铁电材料的抗疲劳特性进行优化和设计,是保障设备可靠性的基础。
 
  为了解决这一问题,中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电功能材料与器件团队联合电子科技大学、复旦大学,提出了一种全新的解决方案:利用层间滑移机制创制无疲劳铁电材料。这种材料在电场的作用下,其层间能够相对滑移,从而实现极化翻转。与传统的离子位移机制不同,层间滑移机制所需的电场较小,且不足以使带电缺陷移动。同时,由于二维材料层状结构的特性,缺陷难以跨越层间移动,因此不会聚集,也不会产生铁电疲劳。
 
  该研究以双层MoS2二维材料为代表性材料,采用化学气相输送法制备出双层MoS2铁电器件。在百万次循环电场翻转极化后,铁电极化并未发生衰减,这提示该铁电器件的抗疲劳性能优于传统离子型铁电材料。研究发现,以存储器为例,使用新型二维滑移铁电材料制备的铁电存储器无读写次数限制。因此,无疲劳的新型二维层状滑移铁电材料有望提升设备可靠性,降低维护成本。
 
  该研究的成功对于铁电材料在存储器等领域的应用具有重要意义。传统的铁电存储器由于存在疲劳问题,其读写次数受到限制,难以满足现代电子设备对高可靠性、长寿命的需求。而新型的无疲劳铁电材料则有望解决这一问题,实现无限次数的擦写操作,从而大大提高存储器的性能和可靠性。
 
  此外,该研究的成功也为铁电材料的未来应用拓展了新的领域。除了存储器之外,铁电材料还可以应用于传感器、驱动器、能量转换器等多种电子设备中。随着无疲劳铁电材料的研发成功,这些设备的性能和可靠性也将得到进一步提升。
 
  相关研究成果Developing fatigue-resistant ferroelectrics using interlayer sliding switching于近日发表在《科学》(Science)。研究工作得到国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等的支持。
 
作者:杨
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