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　　中國科學(xué)院微電子研究所微電子器件與集成技術(shù)重點實驗室劉明院士團隊與物理研究所研究員杜世萱團隊，發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定的鐵電三方相Hf(Zr)_1+xO₂材料結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)降低了HfO₂基鐵電材料中鐵電偶極子的翻轉(zhuǎn)勢壘。研究通過基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計算發(fā)現(xiàn)，當Hf(Zr)_1+xO₂材料中，Hf(Zr)與氧的比例大于1.079:2時，三方相的形成能低于鐵電o相和單斜相（m相）的形成能。掃描透射電子顯微鏡（STEM）實驗清晰顯現(xiàn)了過量Hf(Zr)原子嵌入在鐵電三方相晶格的晶體結(jié)構(gòu)，證實了理論計算的結(jié)果。嵌入的Hf(Zr)原子擴展了晶格，增加了其面內(nèi)和面外應(yīng)力，起到了穩(wěn)定Hf(Zr)_1+xO₂材料結(jié)構(gòu)和降低其鐵電翻轉(zhuǎn)勢壘的作用。基于Hf(Zr)_1+xO₂薄膜的鐵電器件展示了超低矯頑場（~0.65MV/cm）、高剩余極化（Pr）值（22μC/cm²的）、小的飽和極化電場（1.25MV/cm）、大的擊穿電場（4.16MV/cm），并在飽和極化下實現(xiàn)了1012次循環(huán)的耐久性。這一成果為低功耗、低成本、長壽命的存儲器芯片提供了有效的解決方案。 

　　近期，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。研究工作得到科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院的支持。中國科學(xué)院大學(xué)的科研人員參與研究。 

圖1. 平面鐵電電容器的基本特性及Hf(Zr)_1+xO₂薄膜的結(jié)構(gòu)表征

圖2. 富含Hf(Zr)原子的菱面體Hf(Zr)_1+xO₂薄膜的原子尺度STEM分析

圖3. 基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計算

圖4. 基于Hf(Zr)_1+xO₂薄膜的鐵電電容器的性能