基于多晶 Hf0.5Zr0.5O2 的 MFIM 中极化变化的相场模拟：电压依赖性与动力学
计算物理
2023-03-29 v1
摘要
在这项工作中，我们研究了基于铪锆氧化物的金属-铁电-绝缘体-金属（MFIM）堆叠中剩余极化的器件间差异。我们结合 HZO 中的多晶效应与多畴效应，利用我们的三维动态多晶粒相场模拟框架，来理解差异对静态和动态电压刺激的依赖性。我们考察了由各种设计因素（置位电压、脉冲幅度和脉冲宽度）引起的差异趋势，并将其与极化翻转的动力学及潜在机制相关联。根据我们的分析，由于电压依赖的翻转机制与多晶结构之间的相互作用，差异对置位电压表现出非单调依赖。我们进一步报告，在置位电压较高端，反向极化畴的塌缩会导致差异增大。我们还表明铁电厚度微缩可降低器件间差异。此外，考虑极化翻转的动力学，我们强调了畴成核的电压和时间依赖性在决定差异趋势中的关键作用。最后，我们表明，为达到目标平均极化，使用较低幅度、较长持续时间的脉冲比较大幅度的短脉冲产生更低的差异。
引用
@article{arxiv.2303.15625,
title = {Phase-field Simulations of Polarization Variations in Polycrystalline Hf0.5Zr0.5O2 based MFIM: Voltage-Dependence and Dynamics},
author = {Revanth Koduru and Imtiaz Ahmed and Atanu K Saha and Xiao Lyu and Peide Ye and Sumeet K. Gupta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.15625},
year = {2023}
}