可转移的高结晶度钙钛矿铁电材料，用于低功耗存储器

《ACS Nano》：Transferable Highly Crystalline Perovskite Ferroelectrics for Low-Power Memory

将可转移铋铁氧体薄膜与二维材料结合，研制出低功耗FeFET器件（MFS结构漏电流低至10?? A/cm2，开关能量0.05 J/cm3），并构建金属-铁电-金属-绝缘体-半导体（MFMIS）结构实现非易失性存储。两种器件均表现出低功耗特性，成功应用于模式分类计算系统。

　　

以数据为中心的应用程序需要低功耗和紧凑型存储解决方案。铁电场效应晶体管（FeFET）由于铁电开关具有高能效且无需额外的选择器，因此是一个很有前景的候选方案。然而，同时具备低开关能耗和与FeFET制造工艺兼容性的铁电材料仍然有限。在这项研究中，我们展示了具有高晶体质量的可转移钙钛矿铁电材料铋铁氧体（BiFeO₃）可以与二维材料结合，以实现低功耗的FeFET。转移后的BiFeO₃薄膜具有30 kV/cm的矫顽场强和低于10^–5 A/cm²（在1 MV/cm时）的漏电流，从而使得开关能耗仅为0.05 J/cm³。通过利用转移后的BiFeO₃与二硫化钼（MoS₂）之间的高质量界面，我们制备了两种类型的FeFET：一种是金属-铁电-半导体（MFS）结构，具有易失性存储特性；另一种是金属-铁电-金属-绝缘体-半导体（MFMIS）结构，具有非易失性存储特性。这两种器件结构的功耗都非常低（MFS为1.5 fJ bit^–1 μm^–2，MFMIS为11.2 fJ bit^–1 μm^–2）。利用这些易失性和非易失性FeFET，我们构建了一个低功耗、紧凑的全FeFET计算系统，用于模式分类任务，从而凸显了可转移BiFeO₃在低功耗存储和计算系统中的潜力。