近日，哈尔滨工业大学深圳校区前沿学部材料科学与工程学院教授陈祖煌团队联合西湖大学、中国科学院金属研究所等单位，通过界面设计的调控方式，在铪基超薄铁电器件的可靠性研究中获得新进展。相关研究成果发表在《自然—通讯》上。

该研究不仅揭示了铪基铁电器件的疲劳失效机制，更发展出可显著提升其可靠性的界面设计策略，深化了对铪基铁电材料的认知，为铪基铁电器件在非易失性存储器等领域的应用奠定了基础。

在算力需求呈指数级增长的时代，铁电存储器因其非易失存储特性和低功耗优势，成为神经形态计算和存内计算架构的可靠选择。其中，铪基铁电存储器，凭借其与标准互补金属氧化物半导体工艺的完美兼容性以及优异的三维集成能力，展现出卓越的性能潜力。

然而，对比传统的铁电器件，铪基铁电器件的可靠性问题尤为突出，比如铪基铁电器件在经历10?次读写循环后，出现显著的疲劳效应，导致读写窗口急剧减小；操作次数达10?次时，薄膜漏电流密度显著增加，进一步导致击穿，严重威胁器件使用寿命。因此，铪基铁电存储器的可靠性问题（抗疲劳特性和耐久性），成为制约其发展的关键因素。

针对上述问题，陈祖煌团队创造性地构建了氧化铈/铪锆氧化物共格异质界面，利用氧化铈的多价态特性实现氧空位的动态调控，抑制了界面处的铁电-顺电相变，突破了传统铪基铁电器件的疲劳瓶颈。他们首次揭示了氧缺陷定向迁移对铪基铁电器件可靠性的重要影响，通过构建对称电极的界面设计降低内建电场，从而抑制缺陷定向移动，提升循环稳定性。基于这一双重防护机制，在保证器件完全翻转的前提下，铪基铁电器件实现了1011次的无疲劳翻转，和1012次的稳定循环，且循环过程无需编程再生和热处理复活，突破了铪基铁电器件的可靠性极限。

研究人员介绍，通过优化的铪基铁电器件兼具高极化、低矫顽场、低漏电流和优异温度稳定性，是集成全性能的“六边形战士”型铁电器件。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63048-3