Epitaxial Hf0.5Zr0.5O2 films: A temperature dependence study

铁电性 材料科学 矫顽力 脉冲激光沉积 外延 薄膜 哈夫尼亚 极化(电化学) 凝聚态物理 光电子学 纳米技术 电介质 化学 立方氧化锆 复合材料 物理 图层(电子) 陶瓷 物理化学
作者
Ke Xiong,Xinning Huang,Yong Zhou,Yongguang Xiao,Lei Liao,Haoran Yan,Tie Lin,Hong Shen,Pan Chen,Lifen Wang,Xuedong Bai,Xiangjian Meng,Xudong Wang,Junhao Chu,Jianlu Wang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:124 (5) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0177773
摘要

Hafnia-based films are gaining prominence in the advancement of next-generation memory and logic devices. Their significance arises from their pronounced ferroelectricity at the nanoscale and their synergy with silicon processes. However, there are questions surrounding how their polarization stability responds to changes in temperature. In our study, we synthesized (111)-oriented Hf0.5Zr0.5O2 (HZO) ferroelectric thin films through pulsed laser deposition. This process corroborated the domain-matching epitaxy growth mechanism. We observed that HZO films possess distinct temperature-dependent ferroelectric traits. Specifically, a decrease in temperature triggers a fall in remanent polarization. Notably, the coercive field diminishes initially, only to rebound around the 200 K mark. Utilizing low-temperature in situ x-ray diffraction techniques, we have identified that lattice strain, induced by the differing thermal expansion of the films due to temperature changes, alters the migration rate of oxygen vacancies, resulting in the observed variations in remanent polarization and coercive field as reported in the article. Our findings deepen the understanding of ferroelectric mechanisms inherent in hafnia-based oxide thin films.

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