於本周举行的2022年IEEE国际电子会议（IEDM）上，比利时微电子研究中心（imec）展示了一款掺杂镧（La）元素的氧化????（HZO）电容器，成功取得1011次循环操作与更隹的电滞曲线（电场为1.8MV/cm时，残留极化值达到30μC/cm2），并减缓了唤醒效应。此次能够实现铁电电容的多项性能升级，关键在於介面氧化工程技术。这项铁电电容技术具备高性能、微缩能力与CMOS相容性，将是实现新一代嵌入式与独立式铁电随机存取记忆体（FeRAM）应用的关键。

不同铁电电容与氮化??（TiN）电极的元件耐久性测量（残留极化值与循环次数的比较）。绿色曲线是重点，该元件采用三层（TriLayer）堆叠，包含一层二氧化??（TiO2）种子层与五氧化二??（Nb2O5）覆盖层。

铁电记忆体（FeRAM）是一种非挥发性记忆体，可??作为新兴的嵌入式或储存级记忆体，满足高速DRAM（读取时间小於10奈秒）与高密度NAND快取记忆体未能填补的市场需求。与DRAM结构相似，铁电记忆体也是由1个电晶体与1个电容组成；为了实现非挥发性，以铁电材料取代介电材料作为电容。铁电材料包含两种极化状态（+P与-P），藉由施加外部电场就能转换。过去几年，氧化????（HZO）因为可用於CMOS制程并具备10奈米以下的微缩潜能，成为备受瞩目的铁电材料。

为了制成嵌入式记忆体或储存级记忆体，必须具备几项元件特性。理想情况下，铁电记忆体的电容具备1012次以上的超耐久循环，同时，在生命周期内残留极化量（2PR）达到30-40μC/cm2。但到目前为止，仍无元件能同时实现这两者，因为铁电材料的电容面临了延迟唤醒（最初的残留极化量低）与快速疲劳（残留极化量快速下降）的问题。

比利时微电子研究中心（imec）铁电元件研究计画主持人Jan Van Houdt说明：「利用介面氧化工程技术，以及在镧（La）掺杂氧化????（HZO）元件层各导入一层1nm二氧化??（TiO2）种子层与一层2nm五氧化二??（Nb2O5）覆盖层，我们成功开发了同时具备优良耐久性（1011次循环操作）与残留极化量（在施加1.8MV/cm外部电场的情况下，残留极化量达到30μC/cm2）的元件，而且起始操作阶段的极化性也不错。」

「经过初步了解，该元件与Nb2O5覆盖层的接面能促进HZO材料转换至所需的斜方晶相，也就是铁电相，做法是在HZO层注入氧离子，TiO2层则有利於制出（002）晶体，进一步提高残留极化的初始值。」他说道。另一种做法是采用不同的前驱物来沉积HZO层，结果创下了历史新高的极化值，电场为3MV/cm的情况下达到66.5μC/cm2，但循环操作只有106次。“

Jan Van Houdt接着表示：「现在有了这项高性能、与CMOS相容且可微缩化的铁电电容技术，我们就能步入下个振奋人心的新阶段，就是导入原子层沉积技术，将原先采用平面结构的铁电电容3D化。如此一来就能实现储存密度的升级，将铁电记忆体推向市场， 制成新一代嵌入式或独立式记忆体。」