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SrTiO_3插入层对Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2薄膜结构及铁电性能的影响

戴文斌  陈雁榕  姚英邦  贾婷婷  于淑会  孙蓉  
【摘要】:传统的金属-半导体-氧化物晶体管(MOSFETs)由于存在玻尔兹曼极限的限制,从而导致其功耗较高。然而负电容场效应晶体管(NCFETs)是一种实现超低功耗的方法,其在铁电模型中表现为通过铁电薄膜材料特有的"自发极化"现象,在其能量-电荷和电荷-电压之间的关系曲线中均表现出负电容效应。本文采用脉冲激光沉积(PLD)法制备Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2(HZO)薄膜,研究了钛酸锶(SrTiO_3)插入层对HZO薄膜结构和铁电性能的影响。结合XRD结构分析和宏观铁电测试结果,我们认为本文所制备HZO薄膜的铁电性可能来自插入层与HZO薄膜之间的晶格失配和热失配导致的结构相变。STO插入层有利于稳定HZO薄膜的结构,使其处于"铁电相",并提高其铁电性能。为了确认HZO薄膜的铁电性能,采用压电力显微镜(PFM)对HZO薄膜进行微观表征,观察到明显的180°相位翻转,振幅图显示了典型的"蝴蝶曲线",进一步证明本文所制备的HZO薄膜具有铁电性。漏电流测试结果表明STO插入层对于抑制漏电具有良好的作用,从而有利于其铁电性能的提升;并进一步对J-V曲线进行了拟合,发现漏电流在高电压作用下遵循热发射机制并伴随空间电荷限制电流机制。

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