关于铁电 AlScN 薄膜的优异温度稳定性

通过其依赖于低对称性晶相,铁电性本质上是一种与给定材料相图较低温度范围相关的性质。本文给出确凿证据:对于铁电 AlScN,低温必须被视为一个纯粹相对的概念,因为其铁电-顺电转变温度被确认超过 1100{\deg}C,从而事实上超越任何其他薄膜铁电体的转变温度。我们通过研究生长在 Mo 底电极上的 0.4 - 2 ${\mu}$m 厚 Al$_{0.73}$Sc$_{0.27}$N 薄膜的结构稳定性,借助原位高温 X 射线衍射和介电常数测量得出该结论。我们的研究揭示 Al$_{0.73}$Sc$_{0.27}$N 的纤锌矿型结构在整个 1100{\deg}C 退火周期中得以保持,这通过恒定的 c 轴与晶格参数比显而易见。高达 1000{\deg}C 的原位介电常数测量强烈支持该结论,并包含了可能在测量区间最上端才出现的介电常数发散起始迹象。我们的原位测量得到非原位(扫描)透射电子显微镜以及极化与电容滞回测量的有力支持。这些结果确认了在完整 1100{\deg}C 退火处理期间亚 ${\mu}$m 尺度的结构稳定性以及所写入极化的稳定性。因此,AlScN 是首个 readily available 的薄膜铁电体,其温度稳定性超越微技术中出现的几乎所有热预算,无论是在制造期间还是器件寿命期间——即使在最严苛环境中。