【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 隨著非易失存儲(chǔ)器、存內(nèi)計(jì)算、電光調(diào)制器和微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，鐵電薄膜材料受到廣泛關(guān)注。其中，纖鋅礦型鋁鈧氮(AlScN)因其飽和極化強(qiáng)度、高居里溫度以及與CMOS工藝的良好兼容性，被視為下一代鐵電器件的有力候選材料。然而，AlScN薄膜的高質(zhì)量生長(zhǎng)通常依賴與襯底之間的晶格匹配和化學(xué)鍵合，傳統(tǒng)方法普遍面臨襯底受限、結(jié)晶質(zhì)量-生長(zhǎng)溫度難以兼顧、難以剝離獲得自支撐薄膜等瓶頸，制約了其在異質(zhì)集成和柔性電子中的應(yīng)用。
 

　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，清華大學(xué)材料學(xué)院易迪副教授、南策文院士團(tuán)隊(duì)提出一種基于過(guò)渡金屬二硫化物(TMDC)二維緩沖層的準(zhǔn)范德華外延生長(zhǎng)策略，成功在150°C的低溫條件下，在不同晶格對(duì)稱(chēng)性的襯底上制備出高質(zhì)量、高c軸取向的AlScN薄膜(圖1A)。研究團(tuán)隊(duì)使用了面內(nèi)晶格常數(shù)匹配的TMDC材料，為AlScN的生長(zhǎng)提供了理想的形核模板，界面處TMDC的S原子和Al原子形成化學(xué)鍵，而TMDC之間保持范德華作用(圖1B)。這種“界面成鍵、層內(nèi)弱鍵”的結(jié)構(gòu)既保證了外延取向的傳遞，又避免了襯底晶格失配和靜電作用的干擾，使得高質(zhì)量生長(zhǎng)不再受限于襯底。研究表明，單層及以上的MoS2均可以誘導(dǎo)AlScN高質(zhì)量生長(zhǎng)，層數(shù)達(dá)到四層以上時(shí)，其搖擺曲線半峰寬可以達(dá)到0.6°(圖1C)，打破了傳統(tǒng)策略中結(jié)晶質(zhì)量和生長(zhǎng)溫度的倒置耦合(圖1D)，且最小緩沖層厚度僅為單個(gè)原子層，極大程度減少了器件的垂直尺寸。
 

　　基于TMDC的可剝離特性，研究團(tuán)隊(duì)首次演示了AlScN納米薄膜的自支撐剝離和鐵電電容器制備(圖2A-B)，由于更高的結(jié)晶質(zhì)量和更低的界面缺陷密度，其剩余極化強(qiáng)度達(dá)~120 μC/cm²(圖2C)，相比傳統(tǒng)AlScN/Pt電容器，漏電流密度更低，翻轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)更快(圖2D-F)。
 

　　該研究為纖鋅礦型鐵電、壓電和電光材料的低溫異質(zhì)集成提供了全新思路，不僅提供了一種高結(jié)晶質(zhì)量、低溫生長(zhǎng)的有效策略，同時(shí)范德華界面賦予薄膜可轉(zhuǎn)移性，為柔性電子和三維功能異質(zhì)集成提供了器件建構(gòu)可能性。
 

　　研究成果以“準(zhǔn)范德華外延低溫生長(zhǎng)高質(zhì)量纖鋅礦鐵電薄膜”(Low Temperature Growth of High-Quality Wurtzite Ferroelectric Through Quasi-van der Waals Epitaxy)為題，于7月14日發(fā)表于《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)。
 

　　清華大學(xué)材料學(xué)院2021級(jí)博士生楊譯茗、李宗霖為論文共同第一作者，清華大學(xué)材料學(xué)院副教授易迪為論文通訊作者。其他重要合作者包括清華大學(xué)材料學(xué)院南策文院士、林元華院士、劉鍇教授、馬靜副教授，集成電路學(xué)院副教授南天翔；湖北大學(xué)材料學(xué)院教授郭金明；中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員邵定夫等。
 

　　研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。
 

　　引用：材料學(xué)院易迪、南策文團(tuán)隊(duì)在纖鋅礦鐵電體準(zhǔn)范德華外延研究中取得新進(jìn)展-清華大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年7月30日】