Ferroelectric properties of HfAlOx-based ferroelectric memristor devices for neuromorphic applications: Influence of top electrode deposition method

铁电性 材料科学 原子层沉积 神经形态工程学 光电子学 记忆电阻器 电极 纳米技术 薄膜 电介质 电子工程 计算机科学 化学 物理化学 人工神经网络 工程类 机器学习
作者
Woo-Hyun Park,Yongjin Park,Sungjun Kim
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:161 (23)
标识
DOI:10.1063/5.0239966
摘要

In this study, we compare the performance of ferroelectric memristor devices based on the fabrication method for the top electrode, focusing on atomic layer deposition (ALD) and physical vapor deposition techniques. We investigate the effects of these methods on the formation of the orthorhombic phase (o-phase) in HfAlOx (HAO) ferroelectric films, which is crucial for ferroelectric properties. The devices were fabricated with HAO films doped with 3.4% aluminum, followed by rapid thermal annealing at 700 °C. Our results demonstrate that the atomic layer deposition process forms a TiOxNy capping layer at the interface between the HAO film and the TiN top electrode, which promotes the o-phase formation. This capping layer effect leads to enhanced polarization characteristics, as evidenced by higher remnant polarization and tunneling electroresistance (TER) in the ALD-fabricated devices. The ALD method also results in a better interfacial layer condition, confirmed by a lower interfacial non-ferroelectric capacitance (Ci). Characterization techniques, including transmission electron microscopy, energy dispersive x-ray spectroscopy, and x-ray diffraction. These structural advantages contribute to enhanced electrical performance, demonstrating neuromorphic applications. Here, our study highlights the significant impact of the ALD deposition method on enhancing the ferroelectric properties and overall performance of ferroelectric memristor devices, making it a promising approach for advanced memory and neuromorphic computing applications.
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