Ο νόμος του Moore για τη σμίκρυνση των τρανζίστορ, με στόχο την ενίσχυση της ολοκλήρωσης, έχει πλησιάσει τα φυσικά όριά του, με το πρωταρχικό ζήτημα να είναι ότι η κατανάλωση ισχύος τρανζίστορ δεν μπορεί να μειωθεί αναλογικά. Πρόσφατη έρευνα προτείνει δύο τρόπους για περαιτέρω μείωση της κατανάλωσης ενέργειας: ο ένας είναι η εύρεση νέων διηλεκτρικών υλικών υψηλής περιεκτικότητας σε οξείδιο με υψηλότερη διηλεκτρική σταθερά και μεγαλύτερο διάκενο από το διοξείδιο του αφνίου (HfO2). Το άλλο είναι να χρησιμοποιήσετε στοίβες σιδηροηλεκτρικών/διηλεκτρικών πυλών σε τρανζίστορ αρνητικής χωρητικότητας για να μειώσετε την τάση λειτουργίας και την κατανάλωση ισχύος. Τόσο η διηλεκτρική σταθερά υψηλού k των οξειδίων όσο και οι σιδηροηλεκτρικές μεταπτώσεις φάσης οδηγούνται από μαλάκυνση οπτικών φωνονίων. Προηγουμένως, οι επιστήμονες πίστευαν ότι η μαλάκυνση των οπτικών φωνονίων θα συνέβαινε μόνο όταν το ενεργό φορτίο Born ήταν αρκετά ισχυρό ώστε οι αλληλεπιδράσεις Coulomb σε μεγάλη εμβέλεια να υπερβαίνουν τις δυνάμεις ατομικών δεσμών μικρής εμβέλειας. Ωστόσο, το ισχυρό ενεργό φορτίο Born οδηγεί σε αντιστάθμιση μεταξύ διηλεκτρικής σταθεράς και διάκενου ζώνης, δημιουργώντας ένα φαινόμενο αποπόλωσης στη διεπαφή, το οποίο περιορίζει τις εφαρμογές υλικού.
Ερευνητές από το Ινστιτούτο Ημιαγωγών της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, με επικεφαλής τον Δρ. Luo Junwei, σε συνεργασία με τον καθηγητή Wei Suhuai από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Ningbo, αποκάλυψαν την ανώμαλη προέλευση της εξαιρετικά υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς και του εξαιρετικά μεγάλου κενού ζώνης στο βράχο. δομή άλατος οξείδιο του βηρυλλίου (rsBeO). Πρότειναν μια νέα θεωρία που μειώνει την αντοχή των ατομικών δεσμών τεντώνοντας τους ατομικούς δεσμούς, οδηγώντας σε μαλάκυνση των οπτικών φωνονίων χωρίς να προκαλεί αποπόλωση. Η σχετική έρευνα δημοσιεύθηκε στο Nature στις 31 Οκτωβρίου, με τίτλο "Softening of the Optical Phonon by Reduced Interatomic Bonding Strength Without Depolarization".
Αυτή η οπτική μεταβείωση της σιδηροηλεκτρικής φάσης που καθοδηγείται από τη μορφή φωνής δεν βασίζεται στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις Coulomb που απαιτούνται από τις παραδοσιακές μεταβάσεις σιδηροηλεκτρικής φάσης, αποφεύγοντας έτσι την επίδραση αποπόλωσης διεπαφής. Η έρευνα εξήγησε το "αντιστρόφιο αποτέλεσμα" στο οποίο η σιδηροηλεκτρική ενέργεια εμφανίζεται μόνο όταν το πάχος του HF 0. 8zr 0. } nm. Καθώς το πάχος αυτών των μεμβρανών μειώνεται, η αναντιστοιχία του πλέγματος με το υπόστρωμα προκαλεί σημαντική διαξονική καταπόνηση, μειώνοντας τη δύναμη του ατομικού δεσμού και μαλάκυνση των εγκάρσιων οπτικών (TO) τρόπων φωνών. Αυτό οδηγεί σε μείωση της δονητικής τους συχνότητας στο μηδέν, προκαλώντας μετάβαση σε σιδηροηλεκτρική φάση. Επιπλέον, οι δύο βασικοί δομικοί παράγοντες, ο λόγος διαστάσεων και η απόσταση μεταξύ των στρωμάτων, που προβλέπεται από τη θεωρία, μπορούν να μετρηθούν πειραματικά ώστε να ταιριάζουν με τις παρατηρούμενες τιμές.
Συμβατικές μέθοδοι όπως οι διαφορές ακτίνας ιόντων, η παραμόρφωση, το ντόπινγκ και η παραμόρφωση του πλέγματος μπορούν επίσης να τεντώσουν τους ατομικούς δεσμούς και να μειώσουν την αντοχή του ατομικού δεσμού. Αυτή η ανακάλυψη προσφέρει μια νέα προσέγγιση για την αντιμετώπιση των προκλήσεων στην εφαρμογή διηλεκτρικών υλικών υψηλής ποιότητας και σιδηροηλεκτρικών υλικών σε τρανζίστορ ολοκληρωμένου κυκλώματος. Παρέχει επίσης μια νέα αρχή για την ανάπτυξη σιδηροηλεκτρικών συσκευών μνήμης εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας και μνήμης αλλαγής φάσης που είναι συμβατές με διαδικασίες CMOS.
Η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας, το Εθνικό Ταμείο Διακεκριμένων Νέων Μελετητών, το Εθνικό Σχέδιο Ανάπτυξης Επιστημονικών Εργαλείων, το Σχέδιο Ομάδας Νέων στη βασική έρευνα της κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και το Πρόγραμμα Ερευνών Στρατηγικής Προτεραιότητας (Β (Β (Β (Β (Β (Β (Β (Β (Β (Β -class) της κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών.