Reversible Sauerstoffmigration und Phasenübergänge in ferroelektrischen Geräten auf Hafnienbasis

Eine Rolle für offene Stellen

Materialien auf Hafnia-Basis sind wegen ihrer möglichen Verwendung in mikroelektronischen Komponenten von Interesse. Hafnia-Oxid ist ein ferroelektrisches Material, aber ob die Polarisationsumschaltung von den polaren Kristallphasen oder der Migration von Sauerstofffehlstellen herrührt, ist eine offene Frage geblieben. Nukala et al. versuchte, diese Kontroverse durch Elektronenmikroskopie während des Betriebs eines Hafniumzirkoniumoxidkondensators zu lösen. Die Autoren fanden heraus, dass die Migration von Leerstellen mit dem ferroelektrischen Schalten verflochten ist, was Auswirkungen auf die Verwendung dieser Materialien in einer Reihe von mikroelektronischen Anwendungen hat.

Wissenschaft, diese Ausgabe p. 630

Abstrakt

Die unkonventionelle Ferroelektrizität von Hafnia-basierten Dünnfilmen, die bei nanoskaligen Größen robust sind, bietet enorme Möglichkeiten in der Nanoelektronik. Die genaue Art der Polarisationsumschaltung bleibt jedoch umstritten. Wir haben ein La untersucht0,67Sr.0,33MnO3/ Hf0,5Zr0,5Ö2 Kondensator, der mit verschiedenen oberen Elektroden verbunden ist, während in situ elektrische Vorspannung unter Verwendung von Mikroskopie mit atomarer Auflösung mit direkter Sauerstoffbildgebung sowie mit Synchrotron-Nanostrahl-Beugung durchgeführt wird. Wenn die obere Elektrode sauerstoffreaktiv ist, beobachten wir eine reversible Sauerstoffleerstellenmigration mit Elektroden als Sauerstoffquelle und -senke und der dielektrischen Schicht, die im Millisekundenbereich als schnelle Leitung fungiert. Bei nicht reaktiven oberen Elektroden und bei längeren Zeitskalen (Sekunden) wirkt die dielektrische Schicht auch als Sauerstoffquelle und -senke. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Ferroelektrizität in Dünnfilmen auf Hafnibasis unverkennbar mit der Sauerstoffvoltammetrie verflochten ist.

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