Rhombohedral R3 Phase of Mn‐Doped Hf0.5Zr0.5O2 Epitaxial Films with Robust Ferroelectricity

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作者
Jiasheng Guo,Lei Tao,Xing Xu,Lingxuan Hou,Ce‐Wen Nan,Shixuan Du,Chonglin Chen,Jing Ma
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202406038
摘要

Abstract HfO 2 ‐based ferroelectric materials are emerging as key components for next‐generation nanoscale devices, owing to their exceptional nanoscale properties and compatibility with established silicon‐based electronics infrastructure. Despite the considerable attention garnered by the ferroelectric orthorhombic phase, the polar rhombohedral phase has remained relatively unexplored due to the inherent challenges in its stabilization. In this study, the successful synthesis of a distinct ferroelectric rhombohedral phase is reported, i.e., the R 3 phase, in Mn‐doped Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 (HZM) epitaxial thin films, which stands different from the conventional Pca 2 1 and R 3 m polar phases. These findings reveal that this R 3 phase HZM film exhibits a remnant polarization of up to 47 µC cm − 2 at room temperature, along with an exceptional retention capability projected to exceed a decade and an endurance surpassing 10 9 cycles. Moreover, it is demonstrated that by modulating the concentration of Mn dopant and the film's thickness, it is possible to selectively control the phase transition between the R 3, R 3 m , and Pca 2 1 polar phases. This research not only sheds new light on the ferroelectricity of the HfO 2 system but also paves the way for innovative strategies to manipulate ferroelectric properties for enhanced device performance.
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