Ferroelektrische Materialien auf Hafniumoxidbasis sind aufgrund ihrer Integration in die Siliziumelektronik vielversprechende Kandidaten für nanoskalige Geräte der nächsten Generation.
In einer Studie veröffentlicht in WissenschaftForscher des Instituts für Mikroelektronik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IMECAS) und des Instituts für Physik der CAS haben die Entdeckung eines stabilen rhomboedrischen Ferroelektrikums Hf(Zr)+xO2 gemacht, das ein extrem niedriges Koerzitivfeld aufweist.
Das intrinsische hohe Koerzitivfeld der ferroelektrischen Fluorit-Hf(Zr)O2-Geräte führt zu einer inkompatiblen Betriebsspannung mit fortschrittlichen Technologieknoten und einer begrenzten Lebensdauer. In dieser Arbeit wurde ein stabiles ferroelektrisches r-Phasen-Hf(Zr)1+xO2-Material entdeckt, das die Schaltbarriere ferroelektrischer Dipole in HfO2-basierten Materialien effektiv reduziert.
Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM) bestätigte die Einlagerung überschüssiger Hf(Zr)-Atome in die Hohlstellen und bildete eine geordnete Anordnung. Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie (DFT) lieferten Einblicke in den zugrunde liegenden Mechanismus, dass die interkalierten Atome die ferroelektrische Phase stabilisieren und ihre Schaltbarriere verringern.
Die auf der r-Phase Hf(Zr)1+xO2 basierenden ferroelektrischen Geräte weisen ein extrem niedriges Koerzitivfeld (~0,65 MV/cm), einen hohen Restpolarisationswert (Pr) von 22 μC/cm2 und ein kleines Sättigungspolarisationsfeld auf (1,25 MV/cm) und hohe Ausdauer (1012 Zyklen).
Die Arbeit findet Anwendung in kostengünstigen und langlebigen Speicherchips.
Mehr Informationen:
Yuan Wang et al., Eine stabile rhomboedrische Phase in einem ferroelektrischen Hf(Zr) 1+ x O 2 -Kondensator mit extrem niedrigem Koerzitivfeld, Wissenschaft (2023). DOI: 10.1126/science.adf6137