关于抗辐射铁电材料及其存储器方面的重要进展

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近日，我院抗辐射铁电材料及其存储器研究团队在材料领域国际顶级期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials，中科院1区Top期刊，影响因子19.924）在线发表了题为“High-Throughput Screening Thickness-Dependent Resistive Switching in SrTiO3 Thin Films for Robust Electronic Synapse”的研究论文，该工作系我校与中国科学院深圳先进技术研究院、南方科技大学等共同合作完成，我院博士研究生唐铭锴和戴李雨芬分别为论文第一作者和共一作者，我校为第一完成单位及通讯作者单位。
         氧化物薄膜的功能和应用高度依赖于其厚度、成分和界面等工艺参数，为了获得高性能的氧化物薄膜和器件，通常需要逐一变换单个工艺参数开展大量实验来完成系列样品的制备，这种传统的“试错”研究方式不仅存在效率低的弊端，并且在多次重复实验中会不可避免地引入实验误差。针对这一挑战，研究团队提出了基于高通量脉冲激光沉积技术筛选高性能氧化物薄膜的研究策略，通过快速制备大量组分、厚度等梯度变化的高通量氧化物薄膜样品，高效构建样品性能数据库，进而筛选最佳的材料结构、工艺及性能。研究团队以经典钙钛矿氧化物材料SrTiO3为例，通过该策略制备了厚度梯度变化的高通量样品，获得了具有优异电导调制性能的薄膜，具备有效模拟生物突触可塑性的能力，有望应用于开发高性能类脑芯片。（论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202213874）

高通量筛选SrTiO3薄膜和开发高性能神经突触器件

          除此之外，该团队近三年在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上还发表了多项关于抗辐射铁电材料及其存储器方面的重要进展，如：研制了全无机的柔性铁电场效应晶体管，不仅保持操作电压小、功耗低、开关比高、保持性好等无机铁电场效应晶体管的优点，还兼具柔性耐弯曲的特点（Highly Robust Flexible Ferroelectric Field Effect Transistors Operable at High Temperature with Low-Power Consumption, Advanced Functional Materials, 2020, 30, 1906131）；通过理论设计和精确控制薄膜内界面应力与静电场分布，实现了铁电畴结构的精细调控及电、力对铁电畴翻转路径的精准操控（Mechanical Manipulation of Nano-Twinned Ferroelectric Domain Structures for Multilevel Data Storage, Advanced Functional Materials, 2021, 31, 2011029）；通过在铁电场效应晶体管沟道方向构建梯度电场来调控栅结构中铁电薄膜电畴的翻转数目，在铁电场效应晶体管中实现了多个稳定的存储状态（Electric Field Gradient-Controlled Domain Switching for Size Effect-Resistant Multilevel Operations in HfO2-Based Ferroelectric Field-Effect Transistor, Advanced Functional Materials, 2021, 31, 2011077）；通过晶态high-k种子层技术大幅提高了不同取向Si衬底上HfO2基铁电薄膜的性能均一性，可用于构建三维垂直结构高密度铁电存储器（Orientation Independent Growth of Uniform Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films on Silicon for High-Density 3D Memory Applications, Advanced Functional Materials, 2022, 32, 2209604）。在上述研究基础上，该团队针对航天器在轨长期可靠运行的要求和在轨处理海量数据的发展趋势，对铁电存储器及铁电人工突触器件的辐射效应试验方法、辐射退化规律、辐射损伤机理及抗辐射加固技术开展了较为系统的研究。
        上述研究为航天用抗辐射高密度信息存储及类脑铁电器件的研制提供了新思路、打下了良好的基础。以上成果湘潭大学均为第一完成单位及通讯作者单位，研究工作得到了国家自然科学基金等多个项目的资助。
        文章来源：湘潭大学