Atomisk tynde perovskites booster til fremtidig elektronik

WPI-MANA ​​har udviklet verdens højeste ydeevne dielektriske nanofilm ved hjælp af atomisk tynde perovskiter. Denne teknologi kan revolutionere næste generation af elektronik.

Denne forskning blev udført af en WPI-MANA-forskningsgruppe ledet af Principal Investigator Minoru Osada og direktør Takayoshi Sasaki fra WPI-MANA ​​ved NIMS. Elektroniske enheder bliver hele tiden mindre, men der er en grænse for, hvor små de kan blive ved at bruge nuværende materialer og teknologi. Dielektriske materialer med høj κ kan være nøglen til at udvikle fremtidens elektroniske enheder.

Minoru Osada og kolleger skabte højtydende dielektriske nanofilm ved hjælp af 2-D perovskite nanoark (Ca ₂ Na _m−3 NbmO _3m+1 ; m =3-6) som byggesten. Perovskitoxider giver et enormt potentiale til at kontrollere deres rige elektroniske egenskaber, herunder høj-κ dielektrisk og ferroelektrisk.

Forskerne demonstrerede den målrettede syntese af nanofilmer sammensat af 2-D perovskit nanosheets på en enhed-celle-på-enhed-celle måde. I dette unikke system, perovskit -nanosheets muliggør præcis kontrol over tykkelsen af ​​perovskitlagene i trin på ~ 0,4 nm (en perovskit -enhed) ved at ændre m, og sådan atomlagsteknik forbedrer den høj-κ dielektriske respons og lokale ferroelektriske ustabilitet. m =6 medlem (Ca ₂ Na ₃ NB ₆ O ₁₉ ) opnået den højeste dielektriske konstant, εr =~470, nogensinde realiseret i alle kendte dielektrika i det ultratynde område på mindre end 10 nm.

Perovskite nanoplader er af teknologisk betydning for at udforske høj-k dielektriske stoffer i 2-D materialer, som har et stort potentiale i elektroniske applikationer såsom hukommelser, kondensatorer, og portenheder. Især perovskit nanoplader gav høje kapacitanser ved at stole på høje K-værdier ved en molekylær tykkelse. Ca ₂ Na ₃ NB ₆ O ₁₉ udviste en hidtil uset kapacitansdensitet på ca. 203 μF cm-2, som er omkring tre størrelsesordener større end den for nuværende tilgængelige keramiske kondensatorer, åbner en rute til ultra-skalerede højdensitetskondensatorer.

Disse resultater giver en strategi til opnåelse af 2-D høj-κ dielektrik/ferroelektrisk til brug i ultrakaleret elektronik og post-grafen teknologi.