Demonstration of Highly Scaled AlScN Ferroelectric Diode Memory with a Storage Density of >100 Mbit/mm 2

铁电性 材料科学 光电子学 非易失性存储器 二极管 电阻随机存取存储器 氮化物 缩放比例 纳米技术 矫顽力 电气工程 电介质 电压 图层(电子) 凝聚态物理 工程类 物理 数学 几何学
作者
Zekun Hu,Hyunmin Cho,Rajeev Kumar,Kefei Bao,Yinuo Zhang,Zhaosen Qu,Yunfei He,Yaoyang Ji,Chloe Leblanc,Kwan‐Ho Kim,Zirun Han,Zhen Qiu,Xingyu Du,Eric A. Stach,Roy H. Olsson,Deep Jariwala
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (37): 13748-13755 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c02961
摘要

Wurtzite nitride ferroelectric materials have emerged as promising candidates for next-generation memory applications, due to their exceptional polarization properties and compatibility with conventional semiconductor processing techniques. Here, we demonstrate the first successful areal scaling of aluminum scandium nitride (AlScN) ferroelectric diode (FeDiode) memory down to device diameter of 40 nm while maintaining an ON/OFF ratio of >60. Using a 20-nm-thick Al 0.64 Sc 0.36 N ferroelectric layer, we evaluate both metal–insulator-ferroelectric-metal (MIFM) and metal-ferroelectric-metal (MFM) architectures for scaled resistive memory devices. Our scaled devices exhibit an enhanced breakdown-to-coercive field ratio exceeding 2.6 due to increased breakdown field. The MIFM devices demonstrate stable 3-bit nonvolatile multistate behavior with clearly distinguishable resistance states and retention exceeding 4 × 10 4 s at 85 °C. By achieving more than a million-fold areal scaling with enhanced performance metrics, this work establishes AlScN-based FeDiode memory as a highly promising platform for nonvolatile storage with potential for direct integration into CMOS technology.
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