铅电 HZO 低信号电容：机理与物理洞察
材料科学
2024-07-23 v1 计算物理
摘要
本研究对铅电材料（聚锆化钛铟氧化物）小信号电容的物理机制进行理论分析。我们基于时依赖 Ginzburg-Landau 形式，构建了 2D 多晶体相场仿真框架，模拟金属-铅电-绝缘-金属（MFIM）电容阵列的电容。我们的仿真方法严格遵循实验测量铅电小信号电容的程序，结果再现了典型的蝶形电容-电压特性。我们深入探讨了铅电电容的各个组成部分，讨论了介电响应和极化开关相关的主要物理机制——晶体内部响应和晶界响应——对蝶形特性的贡献。我们探讨了它们的相互作用和相对贡献，并将其与极化域特征相关联。此外，我们研究了随着铅电材料厚度缩小而增加的域密度对电容的影响，表明极化电容分量（除介电分量外）得到增强。我们进一步分析了在不同铅电厚度下域内部响应和域边界响应的相对贡献。最后，我们建立了极化电容分量与存储器记忆窗口（用于存储器应用）的关系，揭示了 HZO 厚度对最大记忆窗口的非单调依赖。
引用
@article{arxiv.2407.14887,
title = {Small Signal Capacitance in Ferroelectric HZO: Mechanisms and Physical Insights},
author = {Revanth Koduru and Atanu K. Saha and Martin M. Frank and Sumeet K. Gupta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.14887},
year = {2024}
}