利用高功率脉冲磁浆喷射制备极化性能提升、漏电流较低的铝铍氮薄膜
应用物理
2025-01-07 v1 材料科学
摘要
高效数据处理的需求推动了向存储计算架构转型的趋势。铝铍氮材料尤其是AlScN，展现了为下一代存储器器件的巨大潜力。然而，其广泛应用受限于诸多挑战，如高 coercive 场、漏电流以及稳定性有限。本工作引入了一种用于制备铝铍氮薄膜的新型合成方法，采用高功率脉冲磁浆喷射（HiPIMS）。通过组合研究，探讨了铁电性AlScN薄膜的铁电性质受硅含量和基片偏压的影响，这些薄膜是通过金属离子同步（MIS）HiPIMS沉积的。凭借HiPIMS的高离子化率以及对基片偏压电位的最优时序控制，我们在低温下提升了自由原子的迁移率。我们的薄膜表现出良好的纹理和晶体性，同时在温度低至250℃时表面粗糙度较低。最重要的是，薄膜的 coercive 场接近最先进的水平（5 MV/cm），且显著提升了剩余极化电荷密度（158-172.0 μC/cm2）。值得注意的是，随着硅浓度的变化，剩余极化电荷密度保持稳定。我们进一步评估了循环稳定性和漏电流，以评估其在存储器应用中的适用性。该研究表明HiPIMS是一种可扩展且兼容CMOS工艺的制备高品质铁电性AlScN薄膜的技术方法，为其在非易失性存储器应用奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2501.02101,
title = {Ferroelectric AlScN thin films with enhanced polarization and low leakage enabled by high-power impulse magnetron sputtering},
author = {Federica Messi and Jyotish Patidar and Nathan Rodkey and Christoph W. Dräyer and Morgan Trassin and Sebastian Siol},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.02101},
year = {2025}
}