微電子設備開發新突破!超薄鐵電薄膜被成功合成

【希望之聲2023年4月27日】(希望之聲記者啟術綜合編譯 ) 日本名古屋大學材料化學系和可持續發展材料與系統研究所(IMASS)的研究人員近日成功合成了厚度為1.8納米的鈦酸鋇(BaTiO3)納米片,克服了「尺寸效應」問題,並保留了鐵電特性。這是迄今為止創造的最薄厚度。由於厚度與功能有關,他們的發現為開發更小、更有效的電子設備打開了大門。該研究最近發表在《先進電子材料》雜誌上。
目前,開發具有新的電子功能的越來越薄的材料是一個高度競爭的研究領域。這種裝置在鐵電體中特別重要。鐵電體是具有可被電場逆轉的極化的材料。這種逆轉極化的能力使這些材料在記憶和振動發電方面很有用。
然而,隨著這些設備中使用的材料變得更小,會表現出意想不到的特性,使工業使用變得複雜。一個主要的大問題是「尺寸效應」,因為當材料的厚度減少到幾納米時,其鐵電特性就會消失。
該團隊在Minoru Osada教授的領導下,使用水溶液工藝,成功合成了厚度為1.8納米的、具有鐵電特性的無缺陷BaTiO3納米片。雖然很薄,但該薄膜仍表現出鐵電特性,代表了在製造薄的鐵電活性薄膜方面的一個重要突破。
Osada教授解釋說:「對於BaTiO3這種典型的鐵電材料,用傳統的方法很難合成納米片。因此有必要開發一種新的合成方法。傳統的BaTiO3的合成需要一個在1000℃或更高的溫度下的煅燒過程。相比之下,我們的工藝只在60℃的低溫下合成了BaTiO3納米片。由於這種方法可以通過改變反應時間來控制薄膜的厚度,因此合成了只有2至6個晶格厚度的納米片。」
他們的發現為存儲器和電容器等設備的小型化提供了一種重要技術。由於現有技術在材料和工藝方面都已達到了極限,開發這樣的技術是至關重要的。通過使用新材料和新工藝,他們的研究實現了性能的大幅提高和技術創新。
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