Significant Reliability Improvement by Inducing Dual Atomic-Thin Titanium Intercalation Layers in Hf0.5Zr0.5O2 Films

插层(化学) 符号 域代数上的 数学 材料科学 物理 量子力学 算术 纯数学
作者
Lu Tai,Wei Wei,Pengpeng Sang,Xiaopeng Li,Guoqing Zhao,Pengfei Jiang,Peng Yuan,Qing Luo,Xuepeng Zhan,Jixuan Wu,Jiezhi Chen
出处
期刊:IEEE Electron Device Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:44 (5): 753-756 被引量:1
标识
DOI:10.1109/led.2023.3263294
摘要

This work studies the ferroelectric Hf $_{{0}.{5}}$ Zr0.5O2 (HZO) thin film with various designs of intercalation layers. Among the studied intercalation stacks, HZO films with dual $\sim $ 0.05 nm titanium layers (DL-Ti) present ultrahigh remanent polarization ( $2{P}_{{\text {r}}}\sim 57 \mu \text{C}$ /cm2), a low coercive field ( ${E}_{{\text {c}}}\sim 1.1$ MV/cm), and a high breakdown field ( ${E}_{{\text {BD}}}\sim 4.3$ MV/cm). Wherein, a rather low ${E}_{{\text {c}}}/{E}_{{\text {BD}}}$ of 27% can greatly benefit endurance property. In comparison to the standard HZO films, 3 orders better endurance ( $10^{{10}}$ cycles @3 MV/cm) has been achieved in DL-Ti HZO films, while only 3% ${P}_{{\text {r}}}$ degradation can be observed even after $10^{{7}}$ cycles (@125 °C). Our results strongly indicate that atomic layer doping is an effective approach to engineer HZO-based devices with better performance and robust reliabilities.
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