钬掺杂氧化铪(Ho:HfO2)外延薄膜中实现高耐久性铁电性的局部结构调控研究

研究人员通过钬(Ho)掺杂和厚度调控的局部结构工程，成功开发出兼具高极化强度(35 μC cm?2)和超强耐久性(>1011次循环)的Ho:HfO2铁电薄膜。该研究解决了氟化物结构铁电材料高矫顽场(Ec)导致的耐久性差和介质击穿问题，通过诱导菱面体畸变和增强化学键合，有效抑制了Pca21相中的缺陷聚集，为氧化铪基铁电器件的长期稳定性应用提供了新思路。

　　

这项突破性研究揭示了钬掺杂氧化铪(HHO)外延薄膜中令人振奋的铁电性能。通过精妙的局部结构工程策略，研究人员在保持与硅(Si)技术完美兼容的同时，成功驯服了困扰氧化铪基铁电材料的"顽疾"——高矫顽场带来的耐久性挑战。

实验制备的(111)择优取向薄膜展现出惊人的35 μC cm^?2剩余极化强度，更令人惊叹的是，在经历10¹¹次电场循环后仍保持完美性能。这种"超长待机"特性源于钬掺杂诱导的菱面体晶格畸变和强化的化学键合网络，有效阻断了Pca2₁铁电相中缺陷的聚集路径。

该研究不仅为理解氟化物结构铁电材料(Pbca空间群)的稳定性机制提供了新视角，更为开发下一代非易失性存储器、神经形态计算芯片等纳米电子器件奠定了材料基础。特别值得注意的是，这种材料工程策略完全兼容现有半导体工艺，为铁电存储器从实验室走向产业化扫清了关键障碍。