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　　中國科學院微電子研究所微電子器件與集成技術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，發現了穩定的鐵電三方相Hf(Zr)_1+xO₂材料結構。這種結構降低了HfO₂基鐵電材料中鐵電偶極子的翻轉勢壘。研究通過基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理計算發現，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）實驗清晰顯現了過量Hf(Zr)原子嵌入在鐵電三方相晶格的晶體結構，證實了理論計算的結果。嵌入的Hf(Zr)原子擴展了晶格，增加了其面內和面外應力，起到了穩定Hf(Zr)_1+xO₂材料結構和降低其鐵電翻轉勢壘的作用。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了1012次循環的耐久性。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，相關研究成果發表在《科學》（Science）上。研究工作得到科學技術部、國家自然科學基金、北京市自然科學基金和中國科學院的支持。中國科學院大學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薄膜的結構表征

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