用于铁电记忆应用的共等离子体原子层沉积制造的HZO膜的表征

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 纳米技术 纳米技术
• 固态物理 固态物理

背景情况:

• 用等离子增强的原子层沉积 (ALD) 对铁电薄膜至关重要.
• 直接等离子体 (DP) 和远程等离子体 (RP) ALD是Hf_0.5Zr_0.5O₂ (HZO) 膜的常见制造方法.
• 现有的方法面临着薄膜缺陷的挑战,影响着极化和疲劳特性.

研究的目的:

• 引入和评估HZO铁电薄膜的新型共等离子体ALD (CPALD) 方法.
• 研究DPALD和RPALD同时对HZO薄膜特性的影响.
• 了解提高铁电性能和减少缺陷背后的机制.

主要方法:

• 在HZO薄膜制造中同时应用直接等离子ALD (DPALD) 和远程等离子ALD (RPALD).
• 将直接等离子体功率优化为75W,以最大限度地减少薄膜缺陷.
• 使用X射线光电子谱学 (XPS) 和传输电子显微镜 (TEM) 进行表征.

主要成果:

• CPALD HZO 片呈现出没有唤醒的极化,没有反铁电.
• 在2.5V时实现了优异的疲劳耐力 (>10⁹周期) 与高剩余极化 (47.3μC/cm2^{2) 在2.5V.}
• 电影显示了最小的晶格缺陷 (低碳,非固态哈夫,非晶格氧) 和没有m相.

结论:

• CPALD为制造高性能HZO铁电薄膜提供了一种卓越的方法.
• 低缺陷度和铁电O相的稳定是增强性能的关键.
• 该方法为强大的铁电设备提供了一条道路,具有更好的耐久性和可靠性.