6月13日至6月19日，第41届超大规模集成电路国际研讨会（2021 VLSI）以在线点播（On-demand）和线上实时（Live）的形式举行，6165cc金沙总站检测中心极化材料与器件教育部重点实验室、校电镜中心黄荣、成岩团队的论文《In-situ atomic visualization of structural transformation in Hf0.5Zr0.5O2 ferroelectric thin film: from nonpolar tetragonal phase to polar orthorhombic phase》入选2021 VLSI Technology，成岩老师做了会议报告。该研究工作由金沙与中科院微电子所共同合作完成，金沙电子科学系博士研究生郑赟喆和钟超荣为论文的共同第一作者，成岩副研究员和中科院微电子所吕杭炳研究员为论文的共同通讯作者。该项研究工作同时依托金沙公共创新服务平台电镜中心，并得到国家自然基金委、科技部重点研发计划、中国科学院先导专项等项目的支持。
新型氧化铪基铁电薄膜具有优越的极化特性、良好的尺寸微缩性以及与CMOS工艺的高度兼容性，在逻辑器件和存储器件中有着极大的应用潜力，受到了产业界和学术界的广泛关注。然而，铪基铁电薄膜中的铁电极化起源和机理存在广泛的争议，制约了氧化铪基铁电薄膜材料和器件的应用。铪基薄膜通常采用原子层沉积方法制备，其结构十分复杂，精细的结构表征难度极大，通过原位观测来“看”铪基薄膜的结构变化是揭示其极化起源最直接和有效的研究手段。
图1. 球差电镜中的原位通电系统示意图
我们利用球差电镜聚焦于铪基铁电电容结构，从原子尺度出发，在外加电场环境下，原位动态观测到电容结构中铁电极化相的形成。在高空间分辨率的环境下，首次从实验上获得了最直观、确凿的动态相结构转变证据，建立了氧化铪基铁电体系微观结构与宏观性能之间的关联机制，从而为材料和器件的结构调控与性能优化奠定理论与实验基础。
图2. 原子尺度下铁电极化相的产生
VLSI（超大规模集成电路国际研讨会）与ISSCC（国际固态电路会议）、IEDM（国际电子器件会议）并称微电子技术领域的“奥林匹克盛会”，VLSI是超大规模集成电路和半导体器件领域里最顶尖的国际会议之一，每年Intel、IBM、Samsung、TSMC等知名半导体公司都在会上发布最新研究进展。自1980年创办至今，VLSI Technology在中国大陆地区共收录论文26篇。我们的工作使金沙成为了继北京大学、复旦大学、中国科学院微电子所、清华大学、浙江大学之后，第六个在VLSI Technology发表论文的中国内地高校和研究机构。
图文：极化材料与器件教育部重点实验室提供
审定：蒋旭 武海斌
编辑：袁会敏 朱佳媛