（来源：谷粉学术）

9月10日，西安电子科技大学韩根全、周久人共同通讯在Science在线发表题为“Endurance beyond 10 billion cycles in wurtzite ferroelectrics by confining nitrogen vacancies”的研究论文。该研究首次揭示了纤锌矿铁电体中氮空位（VN）团簇和长程渗流迁移是导致漏电流增长和介电击穿的缺陷介导路径，并通过空间工程化的AlScN/AlN超晶格与动态恢复协议，实现了对VN演化的空间和能量双重限制。这一策略稳定了循环电应力下的缺陷拓扑，抑制了硬击穿和铁电退化，在完整翻转判据（剩余极化≥100 μC/cm²）下实现了超过10¹⁰次循环的耐久性，将此前纪录提升了两个数量级。

人工智能（AI）的系统级工作负载要求非易失性存储器同时具备亚纳秒级访问延迟、超低能耗、反复开关下的高耐久性以及大规模高密度集成的兼容性。然而，包括NAND（NOT AND）闪存和其他新兴存储器在内的现有范式无法同时满足这些要求，尤其是在延迟关键、能量受限或大阵列操作条件下。

铁电存储器已成为一种有前景的替代方案，这得益于从传统电荷存储向原子尺度极化翻转的范式转变，以及与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的铁电材料的发展，其中最引人注目的是萤石结构铪氧化物和纤锌矿相氮化物。其中，纤锌矿结构氮化物铁电材料兼具高剩余极化、高矫顽场、低温制备以及三维集成潜力，但一个关键短板始终没有解决：耐久性不足。

N限制稳定了缺陷拓扑结构，并使纤锌矿铁电体具有超高的耐久性（图源自Science ）

该研究揭示了纤锌矿铁电材料耐久失效背后的关键角色——氮空位。研究发现，循环电场会驱动氮空位重新分布、聚集，并最终形成贯穿膜厚方向的缺陷渗流通道，引发漏电增加和介电击穿。针对这一机制，团队设计了AlScN/AlN超晶格，并配合动态恢复操作，从空间和能量两个维度限制氮空位迁移和聚集。在完整极化翻转条件下，器件在室温下实现4.7×10⁹次累计循环，在250 K下进一步突破10¹⁰次，将耐久性能提升了约两个数量级。

这些发现确立了VN限域作为一种可扩展的缺陷拓扑框架，将原子尺度缺陷稳定性与可靠的超密集铁电存储器联系起来，并为下一代非易失性存储器技术提供了指导。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec7337