钪注入铋铁氧体薄膜

铁电极化大增

一种钪离子注入的铋铁氧体薄膜，同时增强铁电极化并抑制漏电流，突破尺寸效应的多铁性能退化。

Yongshen, Lu · Wen, Zhang · Ziheng, Chen · Fangwang, Fu · 张金咏 · 任琳 · 王为民 · Zhang, Fan · Zhengyi, Fu

Journal of Materials Science and Technology 2026

具体参数

铁电极化

{'zh': '158.6', 'en': '158.6'} μC/cm²

漏电流密度

{'zh': '1e-8', 'en': '1e-8'} A/cm²

饱和磁化强度

{'zh': '0.82', 'en': '0.82'} emu/cm³

带隙收缩

{'zh': '2.09', 'en': '2.09'} eV

技术优势

极化增强明显

注入的钪离子形成量子限域应变场和空位偶极子有序，将铁电极化从常见退化状态提升至158.6 μC/cm²，满足存储窗口需求。

漏电流被抑制

钪离子与氧空位形成自反馈，将漏电流压低到10⁻⁸ A/cm²，减小了对存储保持的干扰。

磁电耦合增强

应变介导的自旋-晶格调控将饱和磁化提升到0.82 emu/cm³，使BFO的磁性可用于器件。

带隙可调

注入导致电子结构重构，带隙收窄2.09 eV，可改善载流子输运或界面能带匹配。

应用场景

• 非易失性存储器：高极化和低漏电直接提升存储窗口与保持特性，适合做非易失性存储单元。
• 多铁性存储：铁电极化和磁化同时增大，可用单一薄膜实现多态存储，简化器件结构。
• 磁电耦合器件：应变介导的磁电耦合效应可直接用于磁场调控极化或电场调控磁化。
• 氧化物电子学：带隙可调和缺陷自优化使其适合作为氧化物电子器件中的功能界面层。