UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

La microelectrònica no només es basa en materials semiconductors. Els òxids aïllants són també importants; per exemple, són components bàsics en els transistors d'efecte camp usats en memòries RAM. En aplicar un camp elèctric a un òxid aïllant, els ions positius i negatius es desplacen lleugerament formant dipols. L'òxid queda polaritzat, i en invertir el sentit del camp elèctric s'inverteix el sentit de la polarització. Amb això es poden definir dos estats d'informació (0 i 1), però en deixar d'aplicar el camp elèctric els ions tornen a les posicions inicials i la informació es perd.

No obstant això alguns materials aïllants són ferroelèctrics, tot presentant polarització estable en absència de camp elèctric i reversible aplicant un camp elèctric de suficient amplitud. L'estabilitat de la polarització permet emmagatzemar informació de manera permanent, i les memòries ferroelèctriques ja són comercials encara que ocupant una petita part del mercat. Per fer-les més competitives, cal millorar les seves prestacions i a més substituir els òxids ferrelèctrics en ús, generalment compostos de plom, per altres no tòxics.
 


_{Figura adaptada de M. Scigaj, C.H. Chao, J. Gázquez, I. Fina, R. Moalla, G. Saint-Girons, M.F. Chisholm, G. Herranz, J. Fontcuberta, R. Bachelet, i F. Sánchez, High ferroelectric polarization in c-oriented BaTiO3 epitaxial thin films on SrTiO3/Si(001), Applied Physics Letters 109, 122903 (2016).}

El titanat de bari, BaTiO₃, és un excel·lent candidat. Però les seves excel·lents propietats ferroelèctriques es degraden quan el material s'integra en oblees de silici. Recentment el nostre grup de recerca ha aconseguit progressos molt significatius. En concret, usant una complexa heteroestructura epitaxial d'òxids com a buffer layer entre el BaTiO₃ ferroelèctric i el Si(001), s'ha aconseguit característiques estructurals pròximes a les d'un monocristall i polarització ferroelèctrica prou elevada per a la seva aplicació com a memòria. En aquest treball hem aconseguit reduir la complexitat de l’heteroestructura buffer layer emprant com a principal component SrTiO₃.

A la figura es mostra l'esquema de l’heteroestructura BaTiO₃ / LaNiO₃/SrTiO₃/Si(001) juntament amb imatges de microscòpia electrònica de transmissió que confirmen el creixement epitaxial de totes les capes fines de l’heteroestructura. La figura inclou cicles de polarització en funció del camp elèctric aplicat, demostrant la ferroelectricitat del material amb polarització romanent de 6μC/cm². L’integració de BaTiO₃ en SrTiO₃/Si(001) és un objectiu perseguit activament en els últims anys per la comunitat científica, i el nostre treball representa la primera confirmació experimental de ferroelectricitat mitjançant mesures elèctriques directes.

El treball s'ha realitzat gràcies al finançament del govern espanyol (MAT2017-85232-R, MAT2014-56063-C2-1-R y SEV-2015-0496) i el govern català (2014 SGR 734).