钇掺杂HfO2薄膜中的本征铁电性
材料科学
2023-05-25 v1
摘要
基于HfO2的铁电材料因其在纳米尺度下稳健的铁电特性以及与现有硅技术的兼容性，在将铁电性广泛集成到现代电子器件方面具有巨大潜力。早期工作表明，纳米级晶粒尺寸对于稳定二氧化铪的铁电相至关重要。这一限制导致基于HfO2的铁电体中存在高密度不可避免的 structural defects（结构缺陷），掩盖了体相HfO2晶体空间群所固有的本征铁电性。在此，我们展示了高结晶度钇掺杂HfO2薄膜中的本征铁电性。与通常预期相反，我们表明在5%钇掺杂HfO2外延薄膜中，高结晶度将室温下的自发极化增强至创纪录的50 μC/cm2值。高自发极化在降温时持续存在，其极化值与我们的理论预测一致，表明本征铁电性起主导贡献。这些薄膜的晶体结构揭示了具有小幅菱方畸变的Pca21正交相，凸显了各向异性应力和应变的作用。这些结果为调控基于HfO2材料中的本征铁电性并优化其在应用中的性能开辟了途径。
引用
@article{arxiv.2109.05071,
title = {Intrinsic ferroelectricity in Y-doped HfO2 thin films},
author = {Yu Yun and Pratyush Buragohain and Ming Li and Zahra Ahmadi and Yizhi Zhang and Xin Li and Haohan Wang and Lingling Tao and Haiyan Wang and Jeffrey E. Shield and Evgeny Y. Tsymbal and Alexei Gruverman and Xiaoshan Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.05071},
year = {2023}
}