A tranzisztorok miniatürizálásának Moore-törvénye, amely az integráció fokozását célozza, megközelítette fizikai határait, melynek elsődleges problémája az, hogy a tranzisztorok energiafogyasztását nem lehet arányosan csökkenteni. A legújabb kutatások két módot javasolnak az energiafogyasztás további csökkentésére: az egyik, hogy új, nagy k-tartalmú oxid-dielektromos anyagokat találnak, amelyek nagyobb dielektromos állandóval és nagyobb sávszélességgel rendelkeznek, mint a hafnium-dioxid (HfO2); a másik pedig a ferroelektromos/dielektromos gate stackek alkalmazása a negatív kapacitású tranzisztorokban az üzemi feszültség és az energiafogyasztás csökkentése érdekében. Mind az oxidok magas k dielektromos állandóját, mind a ferroelektromos fázisátalakulásokat optikai fononlágyítás hajtja végre. Korábban a tudósok úgy vélték, hogy az optikai fononlágyulás csak akkor következik be, ha a Born effektív töltése elég erős ahhoz, hogy a hosszú távú Coulomb-kölcsönhatások meghaladják a rövid hatótávolságú atomi kötési erősségeket. Az erős Born effektív töltés azonban kompromisszumhoz vezet a dielektromos állandó és a sávszélesség között, depolarizációs hatást hozva létre az interfészen, ami korlátozza az anyagok felhasználását.
A Kínai Tudományos Akadémia Félvezető Intézetének kutatói Dr. Luo Junwei vezetésével Wei Suhuai professzorral, a Ningbo Műszaki Egyetemről együttműködve felfedték a kőzet ultra-nagy dielektromos állandójának és ultraszéles sávszélességének rendellenes eredetét. só szerkezete berillium-oxid (rsBeO). Új elméletet javasoltak, amely az atomi kötések nyújtásával csökkenti az atomi kötési szilárdságot, ami az optikai fononok lágyulásához vezet depolarizáció előidézése nélkül. A kapcsolódó kutatás a Nature-ben jelent meg október 31-én "Az optikai fonon lágyítása csökkentett interatomi kötési szilárdsággal depolarizáció nélkül" címmel.
Ez az optikai fonon üzemmód lágyulás-vezérelt ferroelektromos fázisátmenet nem támaszkodik a hagyományos ferroelektromos fázisátmenetek által megkövetelt erős Coulomb-interakciókra, ezáltal elkerülve az interfész depolarizációs hatását. A kutatás magyarázta azt a "inverz mérethatást", amelyben a ferroelektromosság csak akkor jelenik meg, ha a hf 0. 8ZR 0. } nm. Ahogy ezeknek a filmeknek a vastagsága csökken, a rácsos eltérés a szubsztráttal szignifikáns biaxiális törzset indukál, csökkentve az atomkötési szilárdságot és lágyítja a keresztirányú optikai (TO) fonon módokat. Ez a vibrációs frekvenciájuk nullára csökkenéséhez vezet, indukálva a ferroelektromos fázisátmenetet. Ezenkívül a két kulcsfontosságú strukturális tényező, a képarány és az interlayer távolság, amelyet az elmélet megjósol, kísérletileg mérhető, hogy megfeleljen a megfigyelt értékeknek.
A hagyományos módszerek, mint például az ion sugarai különbségek, a feszültség, a dopping és a rács torzulása, az atomkötéseket is nyújthatják és csökkenthetik az atomkötési szilárdságot. Ez az áttörés új megközelítést kínál a High-K dielektromos anyagok és a ferroelektromos anyagok alkalmazásának kihívásainak kezelésére az integrált áramkör tranzisztorokban. Ezenkívül új alapelvet nyújt az ultra-nagy sűrűségű ferroelektromos és fázisváltó memória eszközök fejlesztéséhez, amelyek kompatibilisek a CMOS folyamatokkal.
A kutatást a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány, a National Distinguished Young Scholars Fund, a National Distinguished Young Scholars Fund, a National Major Scientific Instrument Development Project, a Kínai Tudományos Akadémia Ifjúsági Csapatterve az Alapkutatásokban és a Stratégiai Prioritás Kutatási Program (B) támogatta. -osztály) a Kínai Tudományos Akadémia.