超薄 Al1-XScXN 通过掺杂锗电极实现 coercive field 降低
材料科学
2025-09-23 v3 应用物理
摘要
铝铝钛氮（AlScN）铝氮化物铝氮化物是一种因其高余极极化（相较于 Pb(ZrxTi1-x)O3 和掺杂 HfO2 材料体系）以及快速开关和可缩放至纳米厚度的优势，被视为下一代非易失性存储器的有前景的材料。当 AlScN 薄膜薄至 10 nm 时，coercive field 已被证实显著增加，这会阻碍低电压操作。我们演示了通过底电极选择和应变管理进行界面工程可减少这种 coercive field 增加并改善铝氮化物的性能。本文在采用锗底电极的情况下，演示了在直流和交流条件下，薄 deposited 于 Sc 底电极上的超薄 AlScN 电容具有稳健的铝氮化物特性。相较于采用 Al 底电极的电容，coercive field 降低了 20% 以上。此外，评估了在十倍频率范围内动态开关行为差异，通过应用 KAI 模型。频率低于 16.7 kHz 时，采用 Sc 和 Al 底电极的电容显示相似的 KAI 指数（0.030 和 0.028），表明开关动力学相似。然而，在更高频率下，采用 Al 底电极的电容显示显著更高的指数（0.063），表明更强的频率依赖性，而采用 Sc 底电极的电容保持稳定的指数（0.030），表明在更快的开关情景下频率依赖性较低。选用扫描电子纳米束衍射技术来测量在不同晶格失配模板上生长的 AlScN 薄膜应变差异，提供了晶格失配、薄膜应变和开关行为之间关联性的证据。
关键词
引用
@article{arxiv.2506.10169,
title = {Coercive Field Reduction in Ultra-thin Al1-XScXN via Interfacial Engineering with a Scandium Electrode},
author = {Yinuo Zhang and Rajeev Kumar Rai and Giovanni Esteves and Yubo Wang and Deep M. Jariwala and Eric A. Stach and Roy H. Olsson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.10169},
year = {2025}
}