發布時間：2023年4月13日
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近日，湖南湘潭大學材料科學與工程學院抗輻射鐵電材料及其存儲器研究團隊在材料領域國際頂級期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials，中科院1區Top期刊，影響因子19.924）在線發表了題為“High-Throughput Screening Thickness-Dependent Resistive Switching in SrTiO3 Thin Films for Robust Electronic Synapse”的研究論文，該工作系我校與中國科學院深圳先進技術研究院、南方科技大學等共同合作完成，我院博士研究生唐銘鍇和戴李雨芬分別為論文第一作者和共一作者，我校為第一完成單位及通訊作者單位。
氧化物薄膜的功能和應用高度依賴于其厚度、成分和界面等工藝參數，為了獲得高性能的氧化物薄膜和器件，通常需要逐一變換單個工藝參數開展大量實驗來完成系列樣品的制備，這種傳統的“試錯”研究方式不僅存在效率低的弊端，并且在多次重復實驗中會不可避免地引入實驗誤差。針對這一挑戰，研究團隊提出了基于高通量脈沖激光沉積技術篩選高性能氧化物薄膜的研究策略，通過快速制備大量組分、厚度等梯度變化的高通量氧化物薄膜樣品，高效構建樣品性能數據庫，進而篩選最佳的材料結構、工藝及性能。研究團隊以經典鈣鈦礦氧化物材料SrTiO3為例，通過該策略制備了厚度梯度變化的高通量樣品，獲得了具有優異電導調制性能的薄膜，具備有效模擬生物突觸可塑性的能力，有望應用于開發高性能類腦芯片。（論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202213874）
除此之外，該團隊近三年在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊上還發表了多項關于抗輻射鐵電材料及其存儲器方面的重要進展，如：研制了全無機的柔性鐵電場效應晶體管，不僅保持操作電壓小、功耗低、開關比高、保持性好等無機鐵電場效應晶體管的優點，還兼具柔性耐彎曲的特點（Highly Robust Flexible Ferroelectric Field Effect Transistors Operable at High Temperature with Low-Power Consumption, Advanced Functional Materials, 2020, 30, 1906131）；通過理論設計和精確控制薄膜內界面應力與靜電場分布，實現了鐵電疇結構的精細調控及電、力對鐵電疇翻轉路徑的精準操控（Mechanical Manipulation of Nano-Twinned Ferroelectric Domain Structures for Multilevel Data Storage, Advanced Functional Materials, 2021, 31, 2011029）；通過在鐵電場效應晶體管溝道方向構建梯度電場來調控柵結構中鐵電薄膜電疇的翻轉數目，在鐵電場效應晶體管中實現了多個穩定的存儲狀態（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）；通過晶態high-k種子層技術大幅提高了不同取向Si襯底上HfO2基鐵電薄膜的性能均一性，可用于構建三維垂直結構高密度鐵電存儲器（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）。在上述研究基礎上，該團隊針對航天器在軌長期可靠運行的要求和在軌處理海量數據的發展趨勢，對鐵電存儲器及鐵電人工突觸器件的輻射效應試驗方法、輻射退化規律、輻射損傷機理及抗輻射加固技術開展了較為系統的研究。
上述研究為航天用抗輻射高密度信息存儲及類腦鐵電器件的研制提供了新思路、打下了良好的基礎。以上成果湘潭大學均為第一完成單位及通訊作者單位，研究工作得到了國家自然科學基金等多個項目的資助。
來源：湖南湘潭大學材料科學與工程學院網站 2023.43.27