通过原子层技术在6纳米以下的形态相位边界的尖转变通过无唤醒的铁电片通过原子层技术
Chun-Ho Chuang1, Ting-Yun Wang1, Chun-Yi Chou1
1Department of Materials Science and Engineering, National Taiwan University, Taipei, 10617, Taiwan.
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
|September 28, 2023
概括
HfO2/ZrO2薄膜的原子层工程使铁电相变成为可能,实现高残留极化和无唤醒操作. 谷粒大小的演变表明了减小大小和四边形到极端正方形相结晶之间的联系.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态物理 固态物理
- 薄膜技术 薄膜技术
背景情况:
- 铁电材料对于先进的电子设备至关重要.
- 定制相位边界是优化铁电性能的关键.
- 原子层沉积 (ALD) 可以精确控制薄膜生长.
研究的目的:
- 研究原子层工程,以控制HfO2/ZrO2薄膜中的形态相界 (MPB).
- 为了在6nm以下的薄膜中获得增强的铁电特性.
- 为了阐明颗粒大小和相位演变之间的关系.
主要方法:
- HfO2种植层和ZrO2膜的原子层沉积 (ALD).
- 离子显微镜 (HIM) 用于高分辨率的表面成像.
- 铁电性质的分析 (残留物极化,唤醒行为).
主要成果:
- 一个2个单层的HfO2种子层在ZrO2.2中诱导了跨越MPB的相变.
- 在6nm以下的膜中实现了创纪录的高残余极化 (≈60μC cm−2) 和无唤醒操作.
- 由HfO2引起的平面内拉伸应力被确定为反铁电转化为铁电转化的原因.
- 已经证明,颗粒大小的减少推动了从四角形到极形相的结晶.
结论:
- 原子层工程提供了一个途径来定制MPB并实现卓越的铁电性能.
- 了解颗粒大小对相位演变的影响对于材料设计至关重要.
- 这些发现对下一代半导体设备具有前景.
