Команда SNU создала конденсатор HZO 5 нм: переключение при 0,6 В и 10^12 циклов без жёсткого пробоя

Группа под руководством профессора Мин Хёк Пака с кафедры материаловедения Сеульского национального университета сообщила о сегнетоэлектрическом конденсаторе на основе Hf0,5Zr0,5O2 толщиной 5 нм, который переключается при 0,6 В. Работа выполнена совместно с Университетом Ханян, Поханской ускорительной лабораторией и Samsung Electronics, опубликована в Nature Communications и анонсирована 4 ноября 2026 года. doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗ Устройства показали насыщенный гистерезис при 0,6 В, 2Pr равную 31,5 мкКл см⁻² и Ec 0,62 МВ см⁻¹, а также отсутствие жёсткого электрического пробоя в течение 10¹² биполярных циклов. doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗

Оксид гафния-циркония может повысить плотность заряда в масштабируемых конденсаторах, но его высокое коэрцитивное поле ограничивает низковольтное переключение с высокой выносливостью, нужное для DRAM и встроенной сегнетоэлектрической памяти. Более быстрое переключение поляризации обычно требует большего напряжения, которое нагружает прибор и может сократить срок его службы. Эту проблему называют дилеммой «скорость — выносливость». Одно лишь утончение плёнки её не снимает: чем тоньше плёнка, тем сильнее влияние границы с электродом.

Инженерия электрода и границы раздела

Авторы использовали электроды TiN с текстурой (111), сформированные плазменной обработкой, с поверхностью, обогащённой азотом и устойчивой к окислению. Такая поверхность подавляет окисление на границе и обеспечивает устойчивое переключение в конденсаторах толщиной 5 нм. doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗ По словам исследователей, это снижает потери напряжения на границе и позволяет поляризации переключаться равномерно. Они также сообщают, что деполяризующее поле, обычно ослабляющее остаточную поляризацию, на начальной стадии разворота поляризации помогает снизить необходимое внешнее напряжение. doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗

Скорость, выносливость и моделирование ячейки

Измеренное время переключения половины поляризации составило 42,1 нс при 0,6 В и 8,1 нс при 1,0 В. По критерию потери поляризации менее 20% прибор выдержал 600 млрд циклов при 0,6 В и один триллион циклов при 1 В. doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗ Переключение имело тенденцию ускоряться при уменьшении площади прибора. Исходя из кинетики переключения, ограниченной зарождением, авторы экстраполируют субнаносекундный разворот поляризации при площадях конденсаторов, характерных для DRAM. Это экстраполяция, а не измерение. doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗

Показатели ячейки памяти получены в схемотехническом моделировании. При 1,1 В ячейка 1T–1C с общей обкладкой дала запасы сигнала при считывании в кратковременном и долговременном режимах хранения 482 и 201 мВ при нагрузке разрядной линии 20 фФ. doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗ Авторы заявляют, что по сочетанию рабочего напряжения, скорости переключения и выносливости прибор превосходит ранее описанные сегнетоэлектрические конденсаторы.