基于 operando 激光光电子显微镜的铁电器件中的击穿与极化对比观察

我们开发了一个集成铁电表征系统的operando激光光电子显微镜（laser-PEEM）。实现了 Sawyer-Tower 电路，用于测量铁电器件的极化-电压（$P-V$）特性。通过该系统，我们成功获得了包含 Hf$_{0.5}$Zr$_{0.5}$O$_2$（HZO）的铁电电容器的明确定义 $P-V$ 滞回曲，再现了 HZO 电容器的典型场循环特性。在由场循环应力导致的介质击穿后，我们通过无破坏性工艺可视化了通过顶电极的导电 filaments。此外，我们成功观察了掺杂氧化物半导体（InZnO$_x$）顶电极上的极化对比。这些结果表明，我们的operando激光-PEEM 系统是一种强大的工具，用于可视化介质击穿后的导电 filaments、铁电极化对比以及在铁电器件中（包括铁电场效应晶体管和铁电隧道结）实现的材料的电子态分布。