通过新型接口层方法减少强制场并提高铁电轴Hf0.5Zr0.5O2薄膜中的耐力
Ji Soo Kim1, Benedetta Gaggio1, Babak Bakhit1
1Department of Materials Science & Metallurgy, University of Cambridge, 27 Charles Babbage Road, Cambridge, CB3 0FS, United Kingdom.
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
|November 14, 2025
概括
具有超薄底层的Sm-doped hafnium氧化物 (HZO) 显著降低了强迫场,并提高了铁电记忆器件的耐力. 这种方法增强了HZO的功能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态物理 固态物理
- 设备工程 设备工程
背景情况:
- 铁电合氧化 (HfO2) 是一个有前途的CMOS兼容材料,用于先进的内存和计算.
- 高强迫场 (Ec) 和有限的耐力阻碍了基于HfO2的铁电的实际应用.
研究的目的:
- 通过引入超薄的Sm-doped HZO (HZSO) 离子导电底层来增强HfO2的铁电特性.
- 研究HZSO底层对HfO2.2强制场,耐力和切换机制的影响.
主要方法:
- 制造HZSO和HHZO异构结构.
- 铁电特性 (强制场,耐力测量).
- 用于化学状态分析的X射线光电子谱学 (XPS).
- 推拉弹性带 (NEB) 计算来研究切换障碍.
主要成果:
- 强制场减少了约25% (从3.3到2.5 MV/cm).
- 在耐力方面表现出一个数量级的增加.
- 在切换过程中,XPS证实HZSO中没有氧化还原效应.
- NEB的计算表明,在V_O丰富的HZSO中,切换障碍较低.
- 在不损害残余极化 (Pr) 的情况下,实现了铁电改进.
结论:
- 实施超薄的HZSO底层是一种有效的策略,可以克服HfO2铁电制品的局限性.
- HZSO底层通过降低能量屏障和防止氧化还原效应来促进铁电切换.
- 这种方法为下一代内存设备设计HfO2中改进的铁电特性提供了一个可扩展的途径.


