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具有超晶格结构的 HfO2–ZrO2 铁电电容器:提高疲劳稳定性、疲劳恢复和开关速度

ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2024-01-03 , DOI: 10.1021/acsami.3c15732
Mingshuang Kang 1 , Yue Peng 1 , Wenwu Xiao 1, 2 , Yueyuan Zhang 1 , Zhe Wang 1 , Peiyuan Du 1 , Hao Jiang 1 , Fenning Liu 1 , Yan Liu 1 , Yue Hao 1 , Genquan Han 1
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HfO 2 –ZrO 2铁电薄膜由于其在宽掺杂范围和低沉积温度下优异的铁电性能,最近引起了集成电路研究人员的广泛关注。在这项工作中,不同的HfO 2 –ZrO 2超晶格(SL)FE薄膜具有不同的周期:HfO 2 (5个周期)–ZrO 2 (5个周期)(SL 5 ),HfO 2 (10个周期)–ZrO 2 (10个周期) )(SL 10 )和HfO 2 (15个循环)–ZrO 2 (15个循环)(SL 15 )进行了系统研究。 HfZrO x (HZO) 合金用作比较装置。与HZO薄膜相比,SL 5薄膜表现出改进的铁电性能,在3V/10kHz的施加电压下 2倍剩余极化( 2Pr )值从41.4μC/cm 2 增加到48.6μC/cm 2 。此外,还测量了不同SL和HZO电容器在不同状态(初始、唤醒、疲劳和恢复)下的一阶反转曲线图。研究发现,与 HZO 电容器相比,SL 电容器可以有效抑制P - V循环过程中缺陷的扩散,从而提高疲劳稳定性特性和疲劳恢复能力。此外,根据非均匀场机制 (IFM) 模型得出结论,与 HZO 电容器相比,SL 薄膜的开关速度有所提高。这些结果表明SL结构具有优异的稳定性和恢复能力,在未来高速铁电存储器应用中具有很大的潜力。




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更新日期:2024-01-03
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