离子键调控纤锌矿氮化物的铁电行为
材料科学
2022-05-05 v1
摘要
铁电性支撑了从非易失性存储器到精密超声等关键集成技术。纤锌矿铁电体 Al1-xScxN 近年来备受关注，因为它具有稳健的铁电性以及与硅工艺的兼容性，并且是首个已知的纤锌矿铁电材料。然而，纤锌矿材料中铁电性的起源与调控尚未被完全理解。根据我们的实验与计算相结合的结果，本文表明局域键的离子性而非单纯的四面体畸变改变，是调控宏观铁电响应的关键。在组合薄膜 Al1-xScxN 中，于 Sc < 0.35 成分范围和 140–260 nm 厚度内，纯纤锌矿相由于与相邻晶体的弹性相互作用，表现出与 Sc 含量无关的相似 c/a 比。尽管 c/a 比不变，但矫顽场和自发极化随 Sc 含量增加而显著下降，这归因于 Sc–N 相对于更具共价性的 Al–N 键具有更强的离子键性质，该结论得到 DFT 计算的支持。基于这些认识，本文引入离子性工程作为一种降低 Al1-xScxN 矫顽场以用于存储器及其他应用、并调控其他纤锌矿铁电性能的方法。
引用
@article{arxiv.2205.01913,
title = {Ionic Bonds Control Ferroelectric Behavior in Wurtzite Nitrides},
author = {Keisuke Yazawa and John Mangum and Prashun Gorai and Geoff L. Brennecka and Andriy Zakutayev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.01913},
year = {2022}
}