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Updated: Sep 10, 2025
09:41
Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides
Published on: May 29, 2018
9.6K
Ingeniería de vacíos de oxígeno selectivo por región para películas finas ferroeléctricas Hf0.5Zr0.5O2 Procesadas a
Ruifeng Tang1,2, Yifan Zhang1,2, Yang Yang1
1State Key Laboratory of Fabrication Technologies for Integrated Circuits, Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China.
ACS applied materials & interfaces
|August 27, 2025
Resumen
Estabilizamos la fase ortorrómbica ferroeléctrica en películas delgadas de óxido de hafnio a 300 °C utilizando ingeniería de vacío de oxígeno. Este método permite la fabricación con bajo presupuesto térmico de dispositivos ferroeléctricos de alto rendimiento para aplicaciones avanzadas de memoria.
Área de la Ciencia:
- Ciencias de los materiales
- Física del estado sólido
- Nanotecnología
Sus antecedentes:
- La ferroelectricidad en películas delgadas de óxido de hafnio (HfO2) es crucial para la memoria no volátil de próxima generación.
- La integración de películas ferroeléctricas basadas en HfO2 en procesos de extremo de línea (BEOL) se ve obstaculizada por las altas temperaturas necesarias para la fase ortorrómbica (O).
Objetivo del estudio:
- Desarrollar un método de bajo presupuesto térmico para estabilizar la fase O ferroeléctrica en películas delgadas a base de HfO2.
- Permitir la integración del HfO2 ferroeléctrico en los procesos avanzados de fabricación de semiconductores.
Principales métodos:
- Ingeniería de vacío de oxígeno por región durante la deposición de la capa atómica (ALD) para crear capas de ingeniería de vacío de oxígeno (Vo-EL) en películas Hf0.5Zr0.5O2 (HZO).
- Modificación del proceso ALD retrasando la introducción de precursores de oxígeno para crear un gradiente de concentración de vacío de oxígeno vertical.
- Utilizando la espectroscopia de pérdida de energía de electrones (EELS) y los cálculos de los primeros principios para analizar la distribución de vacantes de oxígeno y la energía de transición de fase.
Principales resultados:
- Se ha logrado una robusta estabilización de la fase O ferroeléctrica a una temperatura de recocido significativamente reducida de 300 °C.
- Se ha demostrado que las vacantes de oxígeno reducen la barrera energética de la transición de fase y mejoran la estabilidad de la fase O.
- Capacitores ferroeléctricos HZO fabricados con una alta polarización remanente (36,4 μC/cm2) y una excelente resistencia (>10^9 ciclos) utilizando el proceso a baja temperatura.
Conclusiones:
- La ingeniería de vacío de oxígeno a través de Vo-ELs estabiliza efectivamente la fase O ferroeléctrica a bajas temperaturas.
- Esta técnica facilita la fabricación de dispositivos ferroeléctricos de alto rendimiento compatibles con la integración BEOL.
- El método desarrollado ofrece una vía para tecnologías avanzadas de memoria de bajo consumo.
