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新聞網訊 鐵電隧道結（FTJs）具有結構簡單、低功耗、讀寫速度快、非破壞性讀出等諸多優點，被認為是下一代非揮發信息存儲技術的有力競爭者。作為一種存儲器件，翻轉耐久性是決定其能否實際應用的重要性能指標。盡管阻變疲勞現象已經在不同結構的鐵電隧道結中數次觀測到，但導致隨數據擦/寫翻轉循環增加、ON/OFF開關電流比值減小的物理機制卻不清晰，阻變疲勞問題已成為FTJ器件向工業化發展的一個重要制約因素。

我校溫崢課題組以Pt/BaTiO₃/Nb:SrTiO₃隧道結為研究對象，通過高分辨透射電子顯微鏡（STEM）、電子能量損失譜（EELS）、壓電力顯微鏡（PFM）等微觀手段，結合阻變測試和第一性原理計算，在原子尺度上觀測到氧空位聚集形成的鐵電死層和局部的鈣鈦礦型晶格結構破壞導致的BaTiO₃勢壘極化的衰退和FTJ器件ON/OFF開關比值的下降，揭示了鐵電隧道結阻變疲勞的物理機制，并為其它低維鐵電器件的可靠性研究提供了參考。另一方面，該工作還驗證了Pt/BaTiO₃/Nb:SrTiO₃隧道結在經歷了3×10⁶次飽和阻變翻轉后，仍能保持10⁶的開關比。其性能已經比商用FLASH存儲器的耐久性指標（10⁴~10⁵次擦/寫循環）提高了至少三十倍。相關成果以“Atomic-scale fatigue mechanism of ferroelectric tunnel junctions”為題發表在《Science Advances》期刊上（DOI: 10.1126/sciadv.abh2716）。青島大學為論文第一完成單位。碩士生楊以浩為第一作者、西安交通大學吳明博士和山東大學博士生鄭興穩為共同第一作者。溫崢教授、新加坡國立大學Stephen J Pennycook教授和山東大學劉曉輝教授為共同通訊作者。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh2716