大型内置场和可调节的铁电在由反应喷射沉积的组合等级的ScAlN薄膜中

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:

• 对强制场和异常粒度生长 (AOGs) 的控制对于在压电和铁电应用中石铁电Sc_xAl_1-xN薄膜至关重要.
• 高Sc度通常会导致AOG和增加泄漏电流,对薄膜性能产生负面影响.
• 现有的方法通常需要广泛的流程优化来缓解这些问题.

研究的目的:

• 探索组成分级的Sc_xAl_1-xN层结构作为控制AOG的一种方法.
• 调查组合分级对内置电场和铁电特性的影响.
• 建立一个可扩展和CMOS兼容的策略,用于改进Sc_xAl_1-xN薄膜.

主要方法:

• 使用喷涂制造组成分级的Sc_xAl_1-xN薄膜.
• 描述AOG密度,并与传统片进行比较.
• 测量内置电场和分析铁电特性 (P-E环,C-V特性,电流).

主要成果:

• 在没有过程优化的情况下,分级的Sc_xAl_1-xN结构显著限制了AOG增长率低于8-10%.
• 实现了相当大的内置电场 (≈0.45 MV cm-1),大约是等级PZT和BST系统的2.5倍.
• 内置场引发了独特的现象:水平的P-E循环转移,双稳定的C-V状态和不对称的电流.

结论:

• 在Sc_xAl_1-xN膜中的组合分级有效地抑制AOG并增强内置电场,主要是由于极化和化学梯度.
• 这种方法提供了一个简化,可扩展和CMOS兼容的路线来调整铁电性质.
• 这些发现为使用Sc_xAl_1-xN的先进光子和MEMS设备铺平了道路,以提高性能和降低功耗.