Demonstration of Highly Robust 5 nm Hf0.5Zr0.5O₂ Ultra-Thin Ferroelectric Capacitor by Improving Interface Quality

电容器 材料科学 铁电性 光电子学 质量(理念) 铁电电容器 电气工程 接口(物质) 电子工程 电压 电介质 工程类 复合材料 物理 量子力学 毛细管作用 毛细管数
作者
Yan-Kui Liang,Jui-Sheng Wu,Chih-Yu Teng,Hua-Lun Ko,Quang Ho Luc,Chun-Jung Su,Edward Yi Chang,Chun-Hsiung Lin
出处
期刊:IEEE Electron Device Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (9): 1299-1302 被引量:37
标识
DOI:10.1109/led.2021.3102604
摘要

In this letter, 5 nm-thick HZO ultra-thin ferroelectric capacitors with excellent remanent polarization (P r ) and reliability are presented. The TiN/HZO/TiN metal-ferroelectric-metal (MFM) capacitor stack was deposited consecutively in the same atomic layer deposition (ALD) system without breaking the vacuum (i.e. "in-situ" like) to improve the interface quality between TiN electrodes and HZO ferroelectric layer. The samples show high P r of 20.5 μC/cm 2 (i.e. 2P r = 41 μC/cm 2 ) under driving voltage of 3 V with low coercive voltage of approximately 0.6 V. The robustness of the MFM capacitor was presented by the outstanding endurance characteristics for keeping 2P r value higher than 20 μC/cm 2 after 10 10 cycles at a high electric field of 5 MV/cm without breakdown, though the P r values gradually degrade with cycles at low field (i.e. 2.4 MV/cm). The highly robust endurance characteristics of the 5nm-thick HZO MFM capacitor indicate the good interface quality achieved in this study.

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