超薄 La:HfO2 薄膜中挠曲电稳定铁电相及其增强的可靠性
材料科学
2023-09-14 v1
摘要
掺杂 HfO2 薄膜即使在纳米级厚度下也表现出稳健的铁电性质,且与当前 Si 技术兼容,因此在集成铁电体复兴方面具有巨大潜力。相控制与可靠性是其应用的核心问题。本文中,我们在沉积于 (La0.3Sr0.7)(Al0.65Ta0.35)O3 衬底上的 (111) 取向 5%La:HfO2 (HLO) 外延薄膜中表明,由沿薄膜法向的应变梯度引起的挠曲电效应,在原本 Pca21 正交结构中诱导了菱方畸变。密度泛函计算揭示,当施加模拟挠曲电场的电场时,该畸变结构确实比纯 Pca21 结构更稳定。此菱方畸变通过进一步稳定亚稳铁电相以抵抗在重复循环期间向热力学稳定的非极性单斜相的转变,极大改善了 HLO 薄膜的疲劳耐久性。我们的结果表明,挠曲电效应尽管在块体中可忽略地弱,但对于优化具有纳米级厚度的掺杂 HfO2 薄膜的结构与性质以用于集成铁电应用至关重要。
引用
@article{arxiv.2302.11171,
title = {Flexoelectricity-stabilized ferroelectric phase with enhanced reliability in ultrathin La:HfO2 films},
author = {Peijie Jiao and Hao Cheng and Jiayi Li and Hongying Chen and Zhiyu Liu and Zhongnan Xi and Wenjuan Ding and Xingyue Ma and Jian Wang and Ningchong Zheng and Yuefeng Nie and Yu Deng and Laurent Bellaiche and Yurong Yang and Di Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.11171},
year = {2023}
}