Journal of Materiomics 2025年HfO₂基薄膜与器件专刊上线啦！本期特刊特邀中国科学技术大学李晓光教授、韩国首尔大学Min Hyuk Park副教授、香港理工大学戴吉岩教授、中国科学技术大学殷月伟教授担任特邀编辑。本期共刊出9篇精选佳作。您可以点击文末的“阅读全文”随时随地免费获取全文！

特 邀 编 辑

University of Science and Technology of China, Anhui, China

Seoul National University, Gwanak-gu, South Korea

Prof. 

Ji-Yan Dai

The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong, China

University of Science and Technology of China, Anhui, China

编 者 按

HfO₂-based thin films and devices

HfO₂基薄膜与器件

HfO₂基薄膜因其高介电常数、强铁电性、宽禁带、优异的热稳定性以及与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的良好兼容性而备受关注。作为典型的高k栅介质材料，HfO₂基薄膜已在部分先进半导体工艺中成功替代了二氧化硅。尤其自2011年在掺杂HfO₂薄膜中首次发现铁电性以来，该类材料在新一代信息存储技术领域的潜力进一步凸显。其显著优势包括：可通过原子层沉积(ALD)实现HfO₂薄膜的三维保型制备、在CMOS兼容的低温条件下实现结晶，且在厚度小于10 nm时表现出优异的介电和铁电性能等。这些特性不仅有利于提升动态随机存储器(DRAM)的存储密度，也适用于构筑高密度、低能耗、超快速的非易失性信息存储器。例如，Micron公司于2023年报道了基于铁电HfO₂的32 Gb高密度铁电存储器(FeRAM)，其容量远超基于传统钙钛矿铁电材料的商用FeRAM的存储密度（~16 Mb）。

尽管前景广阔，HfO₂基铁电薄膜的广泛应用仍面临若干关键挑战：1) ALD制备的HfO₂薄膜通常呈现多种晶相共存，包括非极性的四方(t)相和单斜(m)相，亚稳态的铁电正交(o)相等，导致介电和铁电性能下降；2) 在电场下铁电极化反复反转过程中，晶相演变和缺陷迁移将导致“唤醒效应”与“疲劳效应”，严重影响器件稳定性；3) 高矫顽场（通常高于1 MV/cm）带来较高的工作电压和潜在的可靠性问题。

鉴于该领域的快速发展，我们在Journal of Materiomics（JMAT）组织了本期专刊，旨在集中展示HfO₂基铁电材料的最新研究成果，重点报道了通过材料设计、制造工艺和器件架构等方面的创新，稳定铁电相、降低矫顽场、提升耐久性等方面的研究进展。

Xiaoguang Li, Min Hyuk Park, Ji-Yan Dai, Yuewei Yin

Volume 11, Issue 6, 101125

精 选 文 章

1. Research article

日本东京科学大学Hiroshi Funakubo教授团队

No-heating deposition of ferroelectric epitaxial Hf_0.5Zr_0.5O₂ films using a sputtering method with  precise RF power density and thickness control

缺陷工程和合金化策略用于调控GeTe及其合金的热电性能

Takanori Mimura, Yoshiko Nakamura, Yutaro Tsuchiya, Kazuki Okamoto, Hiroshi Funakubo*

Volume 12, Issue 1, Article 101129

2. Research article

青岛大学温峥教授、山东大学宋克鹏教授、西北工业大学曹腾飞教授团队

Engineering phase transition and ferroelectric properties in acceptor-doped HfO₂/SrRuO₃ thin-film heterostructures by a charge-balance synergistic strategy

通过电荷平衡协同策略调控受体掺杂HfO₂/SrRuO₃薄膜异质结构的相变和铁电性能

Yuhao Yue, Xixiang Jing, Weijie Zheng, Jiufu Li, Chunyan Zheng, Xiaoli Fan, Kepeng Song*, Tengfei Cao*, Zheng Wen* 

Volume 11, Issue 6, Article 101122

3. Research article

韩国首尔大学Min Hyuk Park副教授、首尔科技大学Jeong Hwan Han教授团队

Utilization of oxygen content modulated Ru electrode to examine the interfacial redox chemistry of ferroelectric Hf_0.5Zr_0.5O₂

利用氧含量调控钌电极研究铁电体Hf_0.5Zr_0.5O₂的界面氧化还原化学

Kun Yang, Hyojun Choi, Ji Sang Ahn, Eun Ji Ju, Dong In Han, Se Hyun Kim, Ju Yong Park, Heejin Hong, Kwan Hyun Park, Jeong Hwan Han*, Min Hyuk Park*

Volume 11, Issue 6, Article 101110

4. Research article

韩国首尔大学Cheol Seong Hwang教授团队

Enhancing ferroelectric properties of Hf_0.5Zr_0.5O₂ thin films using the HfN/TiN and W/TiN bi-layer bottom electrodes

利用HfN/TiN和W/TiN双层底电极增强Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜的铁电性能

Han Sol Park, Joong Chan Shin, Kyung Do Kim, Seong Jae Shin, Jae Hee Song, Seung Kyu Ryoo, In Soo Lee, Suk Hyun Lee, Hyunwoo Nam, Cheol Seong Hwang*

Volume 11, Issue 6, Article 101109

5. Research article

华南师范大学陆旭兵教授、陶瑞强副研究员团队

Enhanced polarization and reliability of hafnia-based ferroelectrics with 0.1 nm AlO_x insertion layer

0.1 nm AlO_x插层提升HfO₂基铁电体的极化和可靠性

Xin Liu, Junfeng Zheng, Kunhao Chen, Dandan Qu, Jiyang Wu, Ruiqiang Tao*, Zhen Fan, Jiyan Dai, Junming Liu, Xubing Lu*

Volume 12, Issue 1, Article 101129

6. Research article

韩国首尔大学Cheol Seong Hwang教授团队

Influence of deposition temperature and precursor chemistry on the properties of atomic layer deposited Hf_0.5Zr_0.5O₂ thin films

沉积温度和前驱体化学对原子层沉积Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜性能的影响

Seong Jae Shin, Hani Kim, Seungyong Byun, Jonghoon Shin, Jinwoo Choi, Suk Hyun Lee, Kyung Do Kim, Jae Hee Song, Dong Hoon Shin, Soo Hyung Lee, In Soo Lee, Hyunwoo Nam, Cheol Seong Hwang* 

Volume 11, Issue 6, Article 101101

7. Research article

西安电子科技大学张思瑞副教授、廖敏教授团队

Direct observation of phase transition in Hf_0.5Zr_0.5O₂ thin films affected by top electrodes using in-situ STEM heating

顶电极对Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜相变行为影响的原位加热STEM研究

Qijun Yang, Siwei Dai, Changfan Ju, Keyu Bao, Binjian Zeng, Shuaizhi Zheng, Jiajia Liao, Jiangang Guo, Sirui Zhang*, Yichun Zhou and Min Liao*

Volume 11, Issue 5, Article 101075

8. Research article

中国科学技术大学沈胜春教授、殷月伟教授团队

Reduced coercive field and enhanced ferroelectric polarization of Hf_0.5Zr_0.5O₂ film through electric-field-assisted rapid annealing

电场辅助快速退火技术降低Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜的矫顽场并增强铁电极化

Jiachen Li, Weijin Pan, Zhengxu Zhu, Hansheng Zhu, Yuchen Wang, Shengchun Shen*, Yuewei Yin*, Xiaoguang Li

Volume 11, Issue 6, Article 101061

9. Research article

韩国首尔大学Min Hyuk Park副教授团队

Texture modulation of ferroelectric Hf_0.5Zr_0.5O₂ thin films by engineering the polymorphism and  texture of tungsten electrodes

通过调控钨电极的多晶性和织构实现铁电Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜的织构调控

Kun Yang, Hyun Woo Jeong, Jaewook Lee, Yong Hyeon Cho, Ju Yong Park, Hyojun Choi, Young Yong Kim, Younghwan Lee,Yunseok Kim, Min Hyuk Park*

Volume 11, Issue 4, Article 101015

Journal of Materiomics（JMAT），由中国硅酸盐学会主办。该刊引领材料学科发展前沿，注重报道以材料设计、制备、表征及应用技术为主线的系统性前沿研究成果。点击文末“阅读全文“可免费获取所有论文全文。

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