氧化铪基铁电薄膜相结构调控的研究进展

TB43; 随着微电子技术的发展,氧化铪(HfO2)因具有与Si基半导体工艺相兼容、适宜的相对介电常数、良好的热稳定性和化学稳定性以及较大的禁带宽度等优点,成为当前新型铁电材料的研究焦点.HfO2是一种典型的"相结构决定性能,性能决定应用"的材料,其铁电性能源于薄膜中存在空间点群为Pca21的非中心对称的正交相.因此,实现HfO2薄膜铁电性能稳定与提升的前提是调控HfO2薄膜于亚稳正交相结构.以正交相的调控机理为出发点,综述了 HfO2正交相的稳定因素,并分别从薄膜厚度、掺杂元素、退火工艺、晶粒取向和电极材料等方面进行归纳,例如HfO2材料的正交相含量随薄膜厚度的增加而降低...

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Published in工程科学学报 Vol. 46; no. 4; pp. 649 - 656
Main Authors 李彦, 郭媛媛, 梁海龙, 张建婷, 王兴刚, 刘书棋, 辛宁
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 辽宁科技大学材料与冶金学院,鞍山 114051 01.04.2024
中国航空制造技术研究院,北京 100024%辽宁科技大学材料与冶金学院,鞍山 114051
安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室,马鞍山 243002%中国航空制造技术研究院,北京 100024%辽宁科技大学材料与冶金学院,鞍山 114051
Subjects
ferroelectric film
相调控
film thickness
oxygen vacancy
hafnium oxide
phase regulation
氧化铪
铁电薄膜
膜厚
氧空位
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ISSN2095-9389
DOI10.13374/j.issn2095-9389.2023.05.10.003

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Summary:TB43; 随着微电子技术的发展,氧化铪(HfO2)因具有与Si基半导体工艺相兼容、适宜的相对介电常数、良好的热稳定性和化学稳定性以及较大的禁带宽度等优点,成为当前新型铁电材料的研究焦点.HfO2是一种典型的"相结构决定性能,性能决定应用"的材料,其铁电性能源于薄膜中存在空间点群为Pca21的非中心对称的正交相.因此,实现HfO2薄膜铁电性能稳定与提升的前提是调控HfO2薄膜于亚稳正交相结构.以正交相的调控机理为出发点,综述了 HfO2正交相的稳定因素,并分别从薄膜厚度、掺杂元素、退火工艺、晶粒取向和电极材料等方面进行归纳,例如HfO2材料的正交相含量随薄膜厚度的增加而降低;适宜含量的元素掺杂可以稳定HfO2材料的正交相;高的升温速率,极短的退火时间可抑制单斜相的形成;制备具有特定取向的正交相薄膜以及顶部电极的夹持作用都是保证HfO2材料正交相稳定的重要因素.最后,对HfO2薄膜未来发展做出展望.
ISSN:2095-9389
DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2023.05.10.003