磁铁喷射制造过程中氧气流动对Zr-Doped HfO薄膜的结构和性能的影响

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 固态物理 固态物理
• 电气工程 电气工程

背景情况:

• 基于氧化 (HfO2) 的铁电薄膜中的氧缺陷对铁电和影响薄膜特性至关重要.
• 了解和控制这些缺陷是优化铁电性能的关键.

研究的目的:

• 研究氧气流对氧气空位和Zr-doped HfO2铁电薄膜的电性能的影响.
• 在金属绝缘体金属 (MIM) 电容器中制造和表征TiN电极以获得最佳性能.
• 为了分析MIM电容器内的Zr:HfO2薄膜的铁电特性.

主要方法:

• 制造Zr:HfO2薄膜使用射频 (RF) 磁力喷射与Zr-doped HfO2目标.
• 通过直流 (DC) 磁铁子反应喷射制备TiN薄膜电极.
• 研究基质温度对TiN沉积率和晶体结构的影响.
• 在Zr:HfO2/TiN MIM电容器中测量铁电歇斯底里环和泄漏电流密度.

主要成果:

• 氧气流动极大地影响Zr:HfO2膜中的氧气空缺和Zr兴奋剂度.
• 通过在直流喷射过程中控制基板温度来实现最佳的TiN电极性能.
• 在40scm的氧气流量和2mV/cm的电场下,残留极化达到18μC/cm2.
• 观察到泄漏电流密度显著减少 (10^5-6数量级).

结论:

• 在制造过程中控制氧气流量对于调整氧气空隙和增强Zr:HfO2膜的铁电特性至关重要.
• 优化的Zr:HfO2 / TiN MIM电容器表现出具有低泄漏电流的有希望的铁电特性.
• 这项研究为潜在的设备应用提供了对高性能铁电薄膜制造的见解.