首尔国立大学研发亚伏HZO铁电电容器，助力类DRAM存储

2026-11-04 01:31 高义来源：海外媒体

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核心导读首尔国立大学等通过TiN电极与界面工程，降低HZO铁电电容器电压损耗，实现0.6V下42.1ns、1.0V下8.1ns极化翻转，并耐受10^12次循环；同时提出共板1T1C架构，为类DRAM存储降低刷新需求提供路径。

论文解读

这项研究面向类 DRAM 存储，解决铁电电容器在低电压下既要快速翻转又要长期耐用的问题。研究团队通过优化 TiN 电极和界面，降低界面电压损耗，使 HZO 铁电电容器在亚伏电压下实现快速极化翻转，并承受大量读写循环。该成果有助于探索降低存储器刷新需求的方案。

首尔国立大学主导的研究团队发表了题为《解决铁电 Hf0.5Zr0.5O2 中的 Kay–Dunn 极限与速度—耐久性两难问题，实现 DRAM 级亚伏电容器》的论文。

第一作者、博士 Geun Hyeong Park 对该工作进行总结：

“快速、频繁擦写的存储器需要低工作电压、快速翻转和高循环耐久性。然而，在铁电电容器中，加速极化翻转往往需要更高电压，这可能缩短器件寿命。”

该工作通过 TiN 电极和界面工程来应对这一折中问题，降低界面电压损耗，促进极化反转。主要实验结果包括：在 0.6 V 下实现 42.1 ns 极化翻转；在 1.0 V 下实现 8.1 ns 极化翻转；以 20% 极化损耗为标准，在 0.6 V 下可实现数千亿次翻转循环。循环测试还达到 10^12 次双极循环，且未发生硬电击穿。

除电容器测量外，研究团队还提出一种共板铁电随机存取存储器（CP-FeRAM）架构，每个存储单元采用一个晶体管和一个电容器，并通过电路仿真评估其读取能力。该架构探索在存储电荷衰减后基于极化进行传感，为降低类 DRAM 存储器的刷新需求提供了潜在路径。

摘要

铁电铪锆氧化物可以提高缩小后电容器的电荷密度，但其高矫顽场限制了动态随机存取存储器和嵌入式铁电存储器所需的低压、高耐久性翻转。本文展示了采用等离子体工程制备的（111）织构 TiN 电极，其表面富氮且抗氧化，可抑制界面氧化，并使 5 nm Hf0.5Zr0.5O2 电容器实现稳定翻转。器件在 0.6 V 下呈现饱和滞回特性，2Pr 为 31.5 μC cm−2，Ec 为 0.62 MV cm−1，并在 10^12 次双极循环中未发生硬电击穿。其成核限制翻转动力学外推表明，在与 DRAM 相关的电容器面积下可实现亚纳秒极化翻转。在 1.1 V 下，共板 1T–1C 单元的电路仿真显示，在 20 fF 位线负载下，短期和长期待机传感裕量分别为 482 mV 和 201 mV。因此，电极织构与界面工程能够在不牺牲耐久性的情况下实现低压、高速翻转，缓解实际的 Kay–Dunn 缩放代价与速度—耐久性两难问题。

阅读全文，请访问：https://doi.org/10.1038/s41467-026-78705-4

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