Hf0.5Zr0.5O2基铁电电容器的特性研究

利用原子层淀积工艺制备了9 nm厚的铪锆氧(Hf0.5Zr0.5O2)铁电薄膜。通过淀积TiN顶/底电极形成Hf0.5Zr0.5O2铁电电容,研究退火工艺和机械夹持工艺对铁电电容性能的影响。实验结果表明,极化强度-电压曲线为电滞回线形,双倍剩余极化强度达31.7μC/cm2,矫顽电压约为1.6 V,电学性能明显提高。在150℃高温下,Hf0.5Zr0.5O2基铁电电容器的电学性能仍然良好,证明了退火工艺和机械夹持工艺对电学性能的优化作用。

PZT铁电薄膜疲劳状态下的电学性能

为了探究阻碍PZT铁电薄膜在市场上得到广泛应用的疲劳失效机理,本文对PZT(锆钛酸铅)铁电薄膜在疲劳过程中的电滞回线、漏电流、保持损失和印记特性的变化进行了研究。研究结果表明:在欧姆导电区域,PZT薄膜体电阻率随疲劳进程而减小,表明薄膜中氧空位体积分子数增大;在疲劳进程中,电滞回线向负电压方向偏移产生印记,同时保持损失随疲劳进程加剧,且正极化方向的保持能力相对更好;利用双势阱和氧八面体结构模型来解释实验现象,得到在疲劳进程中原胞内部的双势阱变浅、变窄导致极化下降,并且氧空位更易在氧八面体顶端形成而导致疲劳中产生印记和极化保持在正方向上更好的结果。

PZT铁电薄膜的印迹研究

印迹(Imprint)是造成铁电存储器失效的一个重要因素,通过分析不同厚度的PZT薄膜电容的界面层后认为,造成印迹的原因是上下电极与铁电薄膜之间界面层厚度的不同,导致了铁电薄膜表面极化钉扎状态的差异。矫顽电压偏移量对铁电薄膜的厚度依赖性,以及矫顽电压的偏移量随时间变化规律,很好地证实了笔者的设想。