一阶回转曲线图谱法及其在HfO_(2)基铁电薄膜极化翻转行为研究中的应用

铁电材料的极化翻转特性是铁电存储器实现"0,1"信息读写的物理基础,因此极化翻转的稳定性直接决定器件的服役可靠性.在交变电场循环载荷下,HfO_(2)基新型铁电薄膜存在唤醒(wake-up)、疲劳(fatigue)和极化翻转电流峰分裂(split-up)等极化翻转不稳定现象,严重制约了其在铁电存储器件中的实际应用.探明极化翻转行为复杂演变的微观机制,从而提出优化稳定性的可行措施是目前工作的重难点,但是基于传统测试手段的研究难以解决上述问题.一阶回转曲线图谱法被誉为迟滞系统研究中的"指纹鉴定",已在磁性材料特征参数演变规律的解析中得到成功应用.本文首先介绍一阶回转曲线图谱法的基本原理和实现方法,接着以Si掺杂HfO_(2)铁电薄膜为实验对象,利用该方法获得了薄膜内电畴极化翻转特征临界场的分布密度随外场加载历史的演变,为理解铁电材料的极化翻转行为提供了重要的微观物理机理信息.

HfO2基铁电薄膜在循环电场载荷下的极化翻转行为

二氧化铪(HfO2)铁电薄膜具有优秀的CMOS工艺兼容性,10 nm以下工艺制程的微缩能力,可采用原子层沉积(ALD)技术实现在3D电容器结构中的保型生长,因此在实现低功耗、高集成密度的非易失性存储器应用方面显示出巨大的潜力.该文首先简要回顾了HfO2基铁电薄膜的发现过程和随后的国内外研究现状,然后以Si掺杂HfO2铁电薄膜在循环电场载荷下的实测结果为例,介绍了这一新型铁电材料极化翻转行为中出现的唤醒(wake-up)、疲劳和饱和极化翻转电流峰劈裂等效应,分别总结了对上述现象现有的实验和理论研究进展.