▪ Abstract This paper reviews the literature on size effects in ferroelectric materials, with an emphasis on thin film perovskite ferroelectrics. The roles of boundary conditions, defect chemistry, electrode interfaces, surface layers, and microstructure in controlling the measured properties of ferroelectric films, as well as the observed deviation from bulk properties are discussed. Examples of the manifestation of size effects in terms of the low and high field dielectric properties, the piezoelectric effect, and the leakage behavior of films are given.

Single-crystal Ge nanowires are synthesized by a low-temperature (275 °C) chemical vapor deposition (CVD) method. Boron doped p-type GeNW field-effect transistors (FETs) with back-gates and thin SiO2 (10 nm) gate insulators are constructed. Hole mobility higher than 600 cm2/V s is observed in these devices, suggesting high quality and excellent electrical properties of as-grown Ge wires. In addition, integration of high-κ HfO2 (12 nm) gate dielectric into nanowire FETs with top-gates is accomplished with promising device characteristics obtained. The nanowire synthesis and device fabrication steps are all performed below 400 °C, opening a possibility of building three-dimensional electronics with CVD-derived Ge nanowires.

The use of 2D materials to improve the capabilities of electronic devices is a promising strategy that has recently gained much interest in both academia and industry. However, while the research in 2D metallic and semiconducting materials is well established, detailed knowledge and applications of 2D insulators are still scarce. In this paper, the presence of resistive switching (RS) in multilayer hexagonal boron nitride ( h ‐BN) is studied using different electrode materials, and a family of h ‐BN‐based resistive random access memories with tunable capabilities is engineered. The devices show the coexistence of forming free bipolar and threshold‐type RS with low operation voltages down to 0.4 V, high current on/off ratio up to 10 6 , and long retention times above 10 h, as well as low variability. The RS is driven by the grain boundaries (GBs) in the polycrystalline h ‐BN stack, which allow the penetration of metallic ions from adjacent electrodes. This reaction can be boosted by the generation of B vacancies, which are more abundant at the GBs. To the best of our knowledge, h ‐BN is the first 2D material showing the coexistence of bipolar and threshold RS, which may open the door to additional functionalities and applications.

Hafnia-based ferroelectric (FE) thin films are promising candidates for semiconductor memories. However, a fundamental challenge that persists is the lack of understanding regarding dimensional scaling, including thickness scaling and area scaling, of the functional properties and their heterogeneity in these films. In this work, excellent ferroelectricity and switching endurance are demonstrated in 4 nm-thick Hf0.5Zr0.5O2 (HZO) capacitors with molybdenum electrodes in capacitors as small as 65 nm × 45 nm in size. The HZO layer in these capacitors can be crystallized into the ferroelectric orthorhombic phase at the low temperature of 400 °C, making them compatible for back-end-of-line (BEOL) FE memories. With the benefits of thickness scaling, low operation voltage (1.2 V) is achieved with high endurance (>1010 cycles); however, a significant fatigue regime is noted. We observed that the bottom electrode, rather than the top electrode, plays a dominant role in the thickness scaling of HZO ferroelectric behavior. Furthermore, ultrahigh switched polarization (remanent polarization 2Pr ∼ 108 μC cm–2) is observed in some nanoscale devices. This study advances the understanding of dimensional scaling effects in HZO capacitors for high-performance FE memories.