铁电存储器靠材料里原子尺度的极化方向记录信息。以氮化铝钪为代表的纤锌矿氮化物铁电材料，结构高度有序，又能和现有芯片制造工艺兼容，一直被看作下一代非易失性存储器的候选。但它有个绕不过去的坎：反复读写之后耐久性不够，完全极化翻转条件下，已有器件通常在约一亿次循环后就失效。

西安电子科技大学郝跃院士团队联合香港城市大学和复旦大学，把这个问题往前推了一大步。测试显示，他们制备的超晶格器件在保持完全极化翻转的条件下，实现超过100亿次循环耐久性，与此前纪录相比提升约两个数量级；器件经历10亿次循环后，存储信号衰减控制在3%以内。

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失效的微观图景此前是空白

漏电增加、铁电性能退化，这些失效现象研究人员早就观察到了。但循环电场作用下，材料内部的缺陷到底怎么运动、怎么演化、最终怎么把器件拖垮，一直缺乏清晰的微观图景。

韩根全、周久人教授团队综合运用电输运分析、电子叠层衍射成像、电子能量损失谱、几何相位应变分析及第一性原理计算等手段，在原子尺度追踪缺陷动态演化，把焦点锁定在“氮空位”上。

团队发现，循环电场会持续驱动氮空位重新分布、局域团聚和长程迁移。这一过程引出两条失效路径：

  • 氮空位长程渗流迁移，促进贯穿薄膜厚度方向的漏电通道形成，最终诱发硬击穿；
  • 氮空位的局域重构与极化相关晶格重取向耦合，导致存储极化信号逐渐退化。

空间挡、能量散，两条路一起堵

基于这套机制，团队提出“氮空位拓扑稳定”的缺陷调控概念，并设计了空间与能量协同的双重干预方案。

空间维度上，构筑氮化铝钪／氮化铝铁电超晶格结构，利用周期性插入的氮化铝层，阻挡氮空位沿薄膜厚度方向的长程迁移。能量维度上，引入动态恢复方法，促使已经局域聚集的氮空位重新分布。两种手段协同作用，维持了氮空位空间构型在长期电应力下的稳定性。

周久人表示，过去优化寿命更多依赖更换材料配方、调整工艺参数，现在有了清晰的微观物理图像，可以有针对性地设计调控方案，该框架对同类纤锌矿铁电材料均有参考价值。

研究论文已于9月11日发表在国际学术期刊《Science》上。西安电子科技大学为第一完成单位，集成电路学部2025级博士研究生王瑞清、杭州研究院研究员朱峰为第一作者，韩根全教授、周久人教授为通讯作者，香港城市大学和复旦大学为合作单位。