La In Situ Doping-Engineered HZO Capacitors Achieving High- k (~56.2) and Ferroelectricity (2Pr~43.4 μ C/cm2) at 1.5 MV/Cm With 1010 Cycles Endurance

作者
Kangli Xu,Lei Wang,Aolin Yuan,Binjie Weng,Yongkai Liu,Yinchi Liu,Jiajie Yu,Bao Zhu,Jialin Meng,Hao Zhu,Qingqing Sun,David Wei Zhang,Tianyu Wang,Lin Chen
出处
期刊:IEEE Electron Device Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:46 (9): 1541-1544 被引量:4
标识
DOI:10.1109/led.2025.3587915
摘要

This study is motivated by the persistent challenge of developing universal dielectric (DE) materials that simultaneously satisfy DRAM-driven high permittivity and FeRAM-required polarization stability. Here, we report La-doping engineered Hf${}_{{0}.{5}}$Zr${}_{{0}.{5}}$O2 (HZO) capacitors via in-situ atomic layer deposition (ALD) cycle modulation, implementing a phase-engineering strategy to resolve the permittivity-polarization trade-off. Precise La2O3 inserting induces a morphotropic phase boundary (MPB) like configuration in the HZ1L capacitor, achieving an ultrahigh permittivity (${k}\sim ~63.8$). Post-wake-up operation demonstrates dual-mode functionality featuring robust ferroelectricity ($2{P}_{\text {r}} = 43.4~\mu $C/cm${}^{{2}}\text {)}$, low FE saturated voltage ~1.05V (1.5 MV/cm), and stable DE performance (k >56.2) with exceptional endurance ($\gt 10^{{10}}$cycles), attributed to coercive field reduction. This dual-phase synergy establishes a universal framework for scalable high-density memory solutions in advanced logic and memory applications.

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