高密度铌酸锂单晶薄膜铁电二极管存储器

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61674044
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0408.新型信息器件
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Present commercial nonvolatile ferroelectric thin-film memories utilize a transistor and a capacitor as a storage unit, where the data can be read out destructively through charge integration. This limits the high-density integration of the memories. To overcome this problem, we fabricated a LiNbO3 single-crystal memory using ion injection and film peeled-off techniques on Si substrates with the film thicknesses of 50-500 nm in large area. The cell can be shrunk with the size of <50 nm in contacts with left and right electrodes on the film surfaces. Under the application of an in-plane electric field, the domain within each cell can be switched towards the left or the right electrode for the realization of nonvolatile data storage. The switched domain can form an erasable wall against the underlying unswitched matrix of the bulk domain. The domain wall is conductive, which enables the nondestructive readout of the data within the cell. After the optimization of the film composition and crystal orientation, the maximum readout current can exceeds 1A with on/off current ratio of >1000 , write voltage of <5 V, write time of <5 ns, endurance cycles of 10 orders, and retention time of 10 years.
目前商业化非挥发铁电薄膜存储器采用了一个晶体管和一个铁电电容(1T/1C)的单元结构以及电荷积分的破坏性读取技术,限制了存储器集成密度的提高。为了克服以上困难,我们基于离子注入和剥离技术,在Si衬底上低温制备一层50-500nm厚的大面积铌酸锂单晶铁电薄膜;运用电子束直写和离子刻蚀技术,在以上单晶薄膜表面制备尺寸小于50纳米的存储单元和左右读写电极;通过左右电极施加面内电场,控制存储单元内电畴向左或向右取向,实现信息非挥发性写入,并与底层不翻转的电畴形成可擦写畴壁;该畴壁导电,通过畴壁开关电流可以非破坏性地读出存储单元中逻辑信息。通过优化铌酸锂单晶薄膜的组分和晶体取向,实现可读出开态电流大于1微安,开关电流比大于1000,读写电压小于5V,读写时间小于5ns,擦写次数达10个量级,信息保持时间能够满足10年要求。

结项摘要

采用高度绝缘的铌酸锂单晶薄膜材料实现与硅基电路的低温键合,突破存储单元一致性和可重复性等关键工艺,提出一种全新概念的非易失性铁电畴壁存储器。通过在薄膜表层与底部参考层间形成平行和反平行的畴结构,实现“0”和“1”信息的非易失性写入,同时在它们二者之间形成可擦写的导电畴壁。通过可擦写畴壁的高低电阻,实现信息的非破坏性电流读出,区别于传统的电荷积分的破坏性读取技术。发现存储单元的表面层具有天然选择管功能,可限制畴壁电流的单向导通,适用于大规模交叉棒阵列集成,从而能够大幅提高存储密度。通过优化铌酸锂单晶薄膜的组分和晶体取向,开态电流可达1-10微安,开关电流比大于10000。发现存储器的读写电压随器件尺寸等比例减小,41nm单元在3V时读写时间可小于5ns,抗疲劳强度大于10的10次方,掉电数据保持能力大于10年。获得授权发明专利8项,另申请8项。培养硕、博研究生6名。在Nature Materials、Nature Communications等国际知名刊物发表受本项目标注的科技论文19篇。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(17)
Stripe domains in epitaxial BiFeO3 thin films on (100) SrTiO3 substrates
(100) SrTiO3 衬底上外延 BiFeO3 薄膜中的条带域
  • DOI:
    10.1063/1.5009499
  • 发表时间:
    2018-01
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Chen Dongfang;Zhao Donghui;Bai Zilong;Meng Jianwei;Ning Xi-Jing;Jiang Anquan
  • 通讯作者:
    Jiang Anquan
Erasable Ferroelectric Domain Wall Diodes
可擦写铁电畴壁二极管
  • DOI:
    10.1088/0256-307x/38/1/017701
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Physics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Zhang Wei;Wang Chao;Lian Jianwei;Jiang Jun;Jiang Anquan
  • 通讯作者:
    Jiang Anquan
Surface-Bound Domain Penetration and Large Wall Current
表面束缚域穿透和大壁电流
  • DOI:
    10.1002/aelm.202000720
  • 发表时间:
    2021-01-20
  • 期刊:
    ADVANCED ELECTRONIC MATERIALS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Jiang, Jun;Wang, Chao;Jiang, An Quan
  • 通讯作者:
    Jiang, An Quan
Energy-Efficient Ferroelectric Domain Wall Memory with Controlled Domain Switching Dynamics
具有受控域切换动态的节能铁电畴壁存储器
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c13534
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Wang Chao;Jiang Jun;Chai Xiaojie;Lian Jianwei;Hu Xiaobing;Jiang An Quan
  • 通讯作者:
    Jiang An Quan
Next-generation ferroelectric domain-wall memories: principle and architecture
下一代铁电畴壁存储器:原理和架构
  • DOI:
    10.1038/s41427-018-0102-x
  • 发表时间:
    2019-01-23
  • 期刊:
    NPG ASIA MATERIALS
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Jiang, An Quan;Zhang, Yan
  • 通讯作者:
    Zhang, Yan

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江安全的其他基金

高密度铁电畴壁存储器选择管的同质集成技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目
极化调制p-n结电流的高密度铁电二极管存储器
  • 批准号:
    61176121
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    79.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
大幅度提高铁电场效应管(FeFET)中存储电荷保持时间
  • 批准号:
    60776054
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    31.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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