復(fù)旦李文武Nat Commun ：二維混合鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)晶體管中與極性相關(guān)的鐵電調(diào)制

發(fā)表時(shí)間：2025-10-27 09:39

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主要內(nèi)容

非揮發(fā)性自發(fā)鐵電極化場(chǎng)是鐵電材料在電子器件中應(yīng)用的關(guān)鍵。但它常因缺陷位點(diǎn)的電荷捕獲而削弱，且鐵電極化與電荷捕獲機(jī)制相互對(duì)立，電荷捕獲類型又難控制，實(shí)現(xiàn)二者有效轉(zhuǎn)換**挑戰(zhàn)。

在此研究背景下，新加坡國立大學(xué)與復(fù)旦大學(xué)的李文武等人展開探索。他們集成嵌入電子捕獲位點(diǎn)的混合有機(jī) - 無機(jī)鐵電層，在二維鐵電異質(zhì)結(jié)晶體管中實(shí)現(xiàn)與極性相關(guān)的鐵電相變。通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，證明了基于半導(dǎo)體層極性的鐵電極化表現(xiàn)及消除機(jī)制：電子占多的n型半導(dǎo)體呈現(xiàn)電荷捕獲行為，電子占少的p型晶體管呈現(xiàn)鐵電調(diào)控機(jī)制。

利用這種機(jī)制轉(zhuǎn)換，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的雙極性異質(zhì)結(jié)晶體管可在單個(gè)雙極性鐵電晶體管中，實(shí)現(xiàn)對(duì)非易失性存儲(chǔ)器和揮發(fā)性突觸權(quán)重調(diào)制的協(xié)同控制?；趯?shí)驗(yàn)提取的晶體管參數(shù)進(jìn)行模擬，轉(zhuǎn)移學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)92.9%，訓(xùn)練效率提升20.7倍。

總之，李文武等人通過集成含電子陷阱的混合有機(jī) - 無機(jī)鈣鈦礦鐵電（HOIPF）層并調(diào)控半導(dǎo)體載流子，展示了與極性相關(guān)的鐵電異質(zhì)調(diào)控機(jī)制。該機(jī)制經(jīng)半導(dǎo)體器件工藝、TCAD模擬和DFT計(jì)算驗(yàn)證。二維鐵電異質(zhì)結(jié)晶體管（2DFHT）在電子占多和占少的器件中分別表現(xiàn)出鐵電（FE）和電荷捕獲（CT）行為，且通過調(diào)控半導(dǎo)體極性和電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換，在單個(gè)雙極性二維鐵電異質(zhì)結(jié)晶體管中達(dá)成非易失性鐵電極化存儲(chǔ)與揮發(fā)性電荷捕獲誘發(fā)的實(shí)時(shí)突觸權(quán)重更新的協(xié)同。納入雙極性器件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，遷移學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)能力顯著增強(qiáng)，識(shí)別準(zhǔn)確率從80.9%提升至92.9%，訓(xùn)練效率提高20.7倍。