復旦大學、北京郵電大學Nature Nanotechnology：不對稱導電路線和電勢重新分布決定了層狀鐵電體中極化相關的電導率

一、【導讀】

近年來，分層鐵電半導體材料在先進晶體管、存儲器和邏輯電路中的應用越來越受關注，但極化反轉如何引起電導率變化仍不清楚，因此功能設計和性能優化仍然困難重重。以往的研究主要集中在分層鐵電材料的器件級物理機制上，而對于通道級的極化依賴電導率的機制了解有限。復旦大學周鵬/王水源團隊與北京郵電大學屈賀如歌副教授合作，將態密度泛函理論計算、量子輸運模擬與實驗論證相結合，首次揭示了FeCFETs極化依賴的本征效應與外場優勢機制。

二、【成果掠影】

由本征斯塔克效應（內建電場）導致的非對稱導電通路與柵極外場誘導的電勢競爭形成的重分布決定了電子行為。研究驗證，該機制在廣泛的層狀鐵電體家族中的普適性。基于全新認知圖譜，作者團隊設計了通過控制導電溝道位置和氧化物厚度來精確控制雙柵FeCFETs電導閾值的策略，并在不引入額外的浮柵堆棧或物理場前提下，實現了多種可以按照需求無需外部電場而自行切換的存內（邏輯）計算（computing in memory）功能。相關成果以“Asymmetric conducting route and potential redistribution determine the polarization-dependent conductivity in layered ferroelectrics”為題發表于Nature Nanotechnology。

三、【核心創新點】

1、探討了層狀鐵電半導體中極化相關的電導率，并揭示了其在邏輯和存儲電子學中的潛在應用。

2、研究結合了從頭算計算和輸運實驗，以揭示導電性變化的機制。研究結果為調制層狀鐵電體導電性提供了見解，并為它們在邏輯和存儲電子學中的應用鋪平了道路。

3、同時，研究還展示了電可自切換的主要和復合邏輯門的實現，以及在鐵電場效應晶體管（FeCFETs）中的導電閾值工程和自切換邏輯存儲功能的潛力。這些發現對于發展先進的邏輯和存儲集成電子學具有重要意義。

四、【數據概覽】

圖 1 層狀鐵電α-In₂ Se₃中的隱藏斯塔克效應能夠形成不對稱導電路線? 2023 Springer Nature

圖2 電勢重新分布由相對于柵極的偏振方向決定? 2023 Springer Nature

圖3 用于受控電導率閾值調制的不對稱導電路線和柵極感應電勢重新分布 ? 2023 Springer Nature

圖4 自切換內存邏輯電導率閾值調制的實驗實現 ? 2023 Springer Nature

五、【總結】

總之，作者討論了層狀鐵電半導體中極化相關的電導率以及其在邏輯和存儲電子學中的潛在應用。研究結合了從頭算計算和運輸實驗，揭示了導電性變化的機制，并探討了在鐵電場效應晶體管（FeCFETs）中的導電閾值工程和自切換邏輯存儲功能的潛力。研究結果對于發展先進的邏輯和存儲集成電子學具有重要意義。同時，文章還提供了有關α-In₂Se₃通道晶體管的制備和特性以及其在存儲、神經計算和邏輯操作中的潛在應用的詳細信息。文章還包括了有關DFT計算、量子輸運模擬和器件測試方法的信息。

原文詳情：

Asymmetric conducting route and potential redistribution determine the polarization-dependent conductivity in layered ferroelectrics.

DOI: 10.1038/s41565-023-01539-4.

本文由尼古拉斯供稿