常州大学张含、周子尧教授，中科院合肥物质院郝林研究员，中国科学技术大学廖昭亮教授等人发表题为 “ Water-Assisted Exfoliation of HfO2-Based Membrane for Flexible Robust Ferroelectric Synaptic Transistors于Advanced Science上。
1月28日该论文发表Advanced Science
https://doi.org/10.1002/advs.202523654
文章的第一作者为常州大学张含教授；常州大学周子尧教授，中科院合肥物质院郝林研究员，中国科学技术大学廖昭亮教授为论文的共同通讯作者。
本研究提出一种“水辅助剥离”策略，成功制备出柔性、自支撑的HfO₂基铁电异质膜（BTO/HZO/BTO），并将其用于构建低功耗、柔性铁电场效应晶体管（FEFET）以模拟生物突触功能。通过在HZO层上下引入柔性BaTiO₃（BTO）缓冲层，并采用水溶性Sr₄Al₂O₇（SAO）作为牺牲层，整个异质结构可在纯水中快速剥离，形成厚度仅60 nm、尺寸达毫米级的柔性铁电膜。该膜可反复转移至刚性或柔性基底，表现出稳定的铁电回滞、低电压操作（±0.5 V）、优异的弯曲耐受性（弯曲半径2 cm）以及低能耗突触响应（~60 fJ/事件）。基于该膜构建的突触晶体管成功模拟了短期/长期可塑性（STP/LTP）、配对脉冲易化（PPF）等生物突触行为，并在 reservoir computing（RC）框架下实现了心电图（ECG）心律失常分类（准确率98.99%）和手写数字识别（准确率81.67%），性能媲美LSTM但训练复杂度降低两个数量级。该研究为柔性氧化物铁电材料在神经形态计算中的应用提供了新路径，展示了高κ、高耐久、低功耗的柔性人工突触平台。
背景
柔性电子器件在可穿戴健康监测、人工皮肤、生物信号处理等领域需求日益增长。传统柔性材料多依赖有机半导体或聚合物，虽然具备良好柔性，但在热稳定性、介电性能、微纳加工兼容性方面存在局限。相比之下，氧化物材料如HfO₂具有高介电常数、优异铁电性、良好热稳定性和CMOS兼容性，已成为非易失存储器和神经形态器件的核心材料。然而，HfO₂基薄膜通常脆性大、厚度薄，难以直接应用于柔性系统。尽管近年来通过酸蚀或支撑层辅助剥离实现了部分柔性化，但酸蚀工艺不环保，且单层HZO柔性差、易碎裂，难以实现多次转移与集成。因此，开发一种环保、可控、可扩展的柔性HfO₂基铁电膜制备方法，并将其用于低功耗柔性突触器件，成为当前研究的关键挑战。
主要内容
本研究提出一种“水辅助剥离”策略，成功制备出柔性自支撑铁电异质膜。该膜由两层10 nm BaTiO₃（BTO）夹一层40 nm Hf₀.₅Zr₀.₅O₂（HZO）构成，总厚度仅60 nm，底部采用35 nm水溶性Sr₄Al₂O₇（SAO）作为牺牲层。整个结构通过脉冲激光沉积（PLD）在SrTiO₃（STO）基底上外延生长，BTO层不仅提供柔性缓冲，还通过应变诱导稳定HZO的正交铁电相（o-phase）。异质结构生长完成后，仅需将其浸入纯水中，SAO层迅速溶解，PDMS支撑层即可将完整膜剥离并转移至任意基底（如SiO₂/Si、PET、ITO/PET等）。XRD结果显示，剥离前后HZO的[111]衍射峰清晰可见，证实其铁电相结构完整保留。STEM图像显示各层界面清晰、无元素互扩散，表明高质量外延生长。
该柔性膜被用于构建
