（通讯员 游雨蒙）近日，国际顶级学术期刊《Advanced Materials》以“First Observation of Negative Capacitance in Molecular Ferroelectric Thin Films”为题，在线报道了东南大学化学化工学院、“分子铁电科学与应用”江苏省重点实验室游雨蒙教授、熊仁根院士团队在分子铁电负电容研究中取得重要进展。东南大学游雨蒙教授、熊仁根院士、董帅教授与至善博士后胡慧慧博士为共同通讯作者。
在后摩尔定律时代，由于单芯片上的器件数量持续增加，难以通过器件微缩至更小的特征尺寸来显着提高能效。为了进一步降低集成电路的功耗，便是要解决电子玻尔兹曼分布所带来的基本限制（即“玻尔兹曼暴政”），它预测晶体管在室温下亚阈值摆幅的下限为60 mV/dec。负电容（Negative Capacitance，NC）效应是由铁电材料中极化能量的双势阱产生的，它可以显着降低集成电路的功耗，将其引入传统场效应晶体管（FET）是解决限制的一种有前景的方法。NC-FET由于在器件结构、工作原理和制造工艺方面与传统硅基半导体的高度兼容性，从众多技术中脱颖而出并引起关注。
分子铁电体作为铁电体中一种重要的材料类型，具有易制备、机械柔性、加工温度低、结构可调等优势。分子铁电在性能和功能方面近年来都得到了迅速发展，但对于分子铁电体的NC效应仍然未有探索。这项研究系统分析了分子铁电体在NC效应方面的优势，并在分子铁电电容器的NC效应研究方面取得了突破性进展。基于分子铁电材料三甲基氯甲基三氯化镉（II）铵（TMCM-CdCl3）薄膜搭建的分子铁电电容器件，实现了与传统的无机HfO2基铁电体相当的NC响应。此外，结合压电响应力显微镜（PFM）和理论计算，分析TMCM-CdCl3具有独特的畴壁结构以及高的畴壁形成能，这表明TMCM-CdCl3在数控器件中将具有优异的性能。
这项研究为优化NC效应提供了新的思路，也将NC效应的研究扩展到了分子铁电以及其他同源分子铁电体中。这将推动分子铁电体更广泛的应用，并且在下一代电子设备的设计开发中发挥至关重要的作用。
该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费的支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307518
（编辑：何雷 审核：徐兆飞）
