Conception à double barrière proposée pour améliorer l'électrorésistance à effet tunnel

30 août 2023

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par Zhang Nannan, Académie chinoise des sciences

Sur la base de l'analyse de la théorie fonctionnelle de la densité, une équipe de recherche dirigée par le professeur Zheng Xiaohong des instituts Hefei des sciences physiques de l'Académie chinoise des sciences a proposé que la structure à double barrière puisse considérablement améliorer l'électrorésistance tunnel (TER) des jonctions tunnel ferroélectriques (FTJ). ), et démontré que la jonction tunnel ferroélectrique à double barrière (DB-FTJ) peut réaliser un stockage multi-états.

Les résultats ont été publiés dans npj Computational Materials.

Les FTJ ont attiré une attention considérable en tant que dispositifs potentiels de mémoire non volatile. La structure des FTJ se compose d'électrodes métalliques des deux côtés et d'une barrière tunnel ferroélectrique intermédiaire entre les deux.

L'inversion de la direction de polarisation du matériau ferroélectrique entraîne un changement important de conductance, créant des états de conductance élevée et faible qui peuvent être utilisés comme états ON et OFF dans les mémoires binaires. Un objectif clé de la recherche est de développer de nouvelles méthodes permettant d'obtenir des ratios TER plus élevés qui quantifient le changement de conductance entre les deux états de polarisation.

Dans cette étude, les chercheurs ont conçu le Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt DB-FTJ et ont effectué des calculs de théorie fonctionnelle de la densité pour simuler ses propriétés de transport. Ils ont constaté que la commutation entre les états de polarisation ferroélectriques gauche et droit dans le DB-FTJ proposé produit un énorme rapport TER de 2,210 × 108 % (indiquant qu'il existe une énorme différence dans le coefficient de transmission entre les deux états de polarisation), ce qui est au moins trois ordres de grandeur supérieurs à celui de la jonction tunnel ferroélectrique à barrière unique Pt/BaTiO3/LaAlO3/Pt (SB-FTJ).

L’idée de base repose sur deux faits. Premièrement, le coefficient de transmission d’une structure à double barrière, constituée de deux barrières simples en série, est lié au produit des coefficients de transmission des deux barrières simples. Deuxièmement, le carré des nombres positifs supérieurs à un augmente de façon exponentielle. Ces principes sont parfaitement révélés dans la DB-FTJ.

Les chercheurs ont également proposé que deux états de polarisation supplémentaires avec polarisation ferroélectrique tête-à-tête et queue-à-queue puissent être obtenus en contrôlant séparément la direction de polarisation de chaque barrière, ce qui entraînerait plusieurs états de résistance.

Cette étude a démontré que, dans la conception des FTJ, la structure à double barrière peut améliorer considérablement le rapport TER des FTJ et les rendre prometteurs pour le stockage de données multi-états.

Plus d'information: Wei Xiao et al, Électrorésistance tunnel considérablement améliorée dans les jonctions tunnel ferroélectriques avec une conception à double barrière, npj Computational Materials (2023). DOI : 10.1038/s41524-023-01101-9

Fourni par l'Académie chinoise des sciences