当前位置：
X-MOL 学术
›
ACS Appl. Electron. Mater.
›
论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Hf1–xZrxO2/ZrO2 Nanolaminate Thin Films as a High-κ Dielectric
ACS Applied Electronic Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2021-12-13 , DOI: 10.1021/acsaelm.1c01105 Alireza Kashir 1, 2 , Mehrdad Ghiasabadi Farahani 3 , Stanislav Kamba 2 , Manoj Yadav 1 , Hyunsang Hwang 1
ACS Applied Electronic Materials ( IF 4.3 ) Pub Date : 2021-12-13 , DOI: 10.1021/acsaelm.1c01105 Alireza Kashir 1, 2 , Mehrdad Ghiasabadi Farahani 3 , Stanislav Kamba 2 , Manoj Yadav 1 , Hyunsang Hwang 1
Affiliation
|
Engineering of HfO2–ZrO2 ferroelectric thin films can substantially increase their dielectric constant. Here, we investigate dielectric and structural properties of ∼10 nm thin films consisting of stacked 1 nm thin ferroelectric (FE) Hf1–xZrxO2 (HZO(x)) and antiferroelectric (AFE) ZrO2 layers. At x < 0.5, the measurements of polarization vs electric field revealed pure FE hysteresis loops, whereas at x > 0.5, pinched hysteresis loops with some remnant polarization were observed, which indicate a coexistence of FE and AFE orderings. Finally, a pure ZrO2 thin film (x = 1) exhibits only an AFE double hysteresis loop. In this way, we demonstrate that the coexistence of FE and AFE orderings can be controlled by adjusting the composition of HZO(x) layers in the HZO(x)/ZrO2 nanolaminate films. At x = 0.5, the dielectric constant is ∼60 in nanolaminate films, which is much higher than that of the conventional HZO(x) solid solution thin films. Structural investigations confirm a coexistence of polar orthorhombic and nonpolar tetragonal structures, which is consistent with the observed polarization hysteresis loops. We also show that the strain generated in the nanolaminate structure significantly facilitates a field-induced transition from the AFE to the FE phase. The design does not considerably affect the leakage current in HZO(x)/ZrO2 nanolaminate films, which makes this system highly promising for complementary metal oxide semiconductor-compatible capacitors.
中文翻译：
Hf1–xZrxO2/ZrO2 纳米层压薄膜作为高 κ 电介质
HfO 2 –ZrO 2铁电薄膜的工程化可以显着增加它们的介电常数。在这里，我们研究了约 10 nm 薄膜的介电和结构特性，该薄膜由堆叠的 1 nm 薄铁电 (FE) Hf 1– x Zr x O 2 (HZO( x )) 和反铁电 (AFE) ZrO 2层组成。在x < 0.5 时，极化与电场的测量显示纯 FE 磁滞回线，而在x > 0.5 时，观察到具有一些残余极化的收缩磁滞回线，这表明 FE 和 AFE 顺序共存。最后，一个纯 ZrO 2薄膜（x = 1) 仅表现出 AFE 双磁滞回线。通过这种方式，我们证明可以通过调整HZO( x )/ZrO 2纳米层压薄膜中 HZO( x ) 层的组成来控制 FE 和 AFE 顺序的共存。在x = 0.5 时，纳米层压薄膜的介电常数约为 60，远高于传统的 HZO( x) 固溶体薄膜。结构研究证实了极性正交和非极性四方结构的共存，这与观察到的极化滞后回线是一致的。我们还表明，纳米层压结构中产生的应变显着促进了从 AFE 到 FE 相的场诱导转变。该设计不会显着影响 HZO( x )/ZrO 2纳米层压薄膜中的漏电流，这使得该系统非常有希望用于互补金属氧化物半导体兼容电容器。
更新日期：2021-12-28
中文翻译：
Hf1–xZrxO2/ZrO2 纳米层压薄膜作为高 κ 电介质
HfO 2 –ZrO 2铁电薄膜的工程化可以显着增加它们的介电常数。在这里，我们研究了约 10 nm 薄膜的介电和结构特性，该薄膜由堆叠的 1 nm 薄铁电 (FE) Hf 1– x Zr x O 2 (HZO( x )) 和反铁电 (AFE) ZrO 2层组成。在x < 0.5 时，极化与电场的测量显示纯 FE 磁滞回线，而在x > 0.5 时，观察到具有一些残余极化的收缩磁滞回线，这表明 FE 和 AFE 顺序共存。最后，一个纯 ZrO 2薄膜（x = 1) 仅表现出 AFE 双磁滞回线。通过这种方式，我们证明可以通过调整HZO( x )/ZrO 2纳米层压薄膜中 HZO( x ) 层的组成来控制 FE 和 AFE 顺序的共存。在x = 0.5 时，纳米层压薄膜的介电常数约为 60，远高于传统的 HZO( x) 固溶体薄膜。结构研究证实了极性正交和非极性四方结构的共存，这与观察到的极化滞后回线是一致的。我们还表明，纳米层压结构中产生的应变显着促进了从 AFE 到 FE 相的场诱导转变。该设计不会显着影响 HZO( x )/ZrO 2纳米层压薄膜中的漏电流，这使得该系统非常有希望用于互补金属氧化物半导体兼容电容器。
京公网安备 11010802027423号