面向深低温环境的铁电容量通用模型
材料科学
2024-10-15 v1
摘要
二元氧化物铁电材料，如掺杂HfO2，与互补金属-氧化物-半导体（CMOS）平台兼容，因其能效高、可扩展且性能优异的非易失性存储和神经形态技术而受到广泛关注。然而，目前缺乏一种能够解释掺杂 hafnia 系统物理特性且兼容电路仿真、计算效率高的模型。我们提出了一个基于Jiles-Atherton方程的通用模型，用于再现不同电场和温度条件下铁电薄膜电容的极化开关行为。此外，还介绍了对制造工艺中器件间变异效应的模型参数，这将使将FE组件集成到复杂功能电路中成为可能。由于对深低温电子器件（用于量子计算和太空技术）日益关注，本文还考察了温度对极化开关的影响，探索至4 K。我们表明，该模型能够以接近100%的准确度再现Hafnium Zirconium Oxide（HZO）电容的实验极化-电压关系，适用于不同电场和温度，包括模拟开关。我们发现，将器件冷却至100 K以下可显著提高极化更新的线性性和对称性。我们的结果代表了将铁电 HZO 电容应用于运行于深低温环境的大规模存储和神经形态电路的重要进展。
引用
@article{arxiv.2410.09131,
title = {Universal Model for Ferroelectric Capacitors Operating Down to Deep Cryogenic Temperatures},
author = {Ella Paasio and Rikhard Ranta and Sayani Majumdar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.09131},
year = {2024}
}