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Enhancement of the ferroelectricity by interface engineering observed by in situ transmission electron microscope

铁电性 材料科学 哈夫尼亚 透射电子显微镜 电极 相(物质) 电介质 氧化物 光电子学 纳米技术 复合材料 化学 陶瓷 冶金 立方氧化锆 有机化学 物理化学
作者
Chen Luo,Zhihao Yu,Hongkai Ning,Zuoyuan Dong,Chaolun Wang,Litao Sun,Xing Wu,Xinran Wang,Junhao Chu
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:120 (23) 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0087715
摘要

Hafnia-based ferroelectrics with excellent scalability and complementary metal–oxide–semiconductor technology compatibility are potential materials for next-generation memory and logic devices. Stabilizing the metastable ferroelectric phase in hafnia-based ferroelectrics is critical for realizing technological applications. Interface engineering is a critical method to stabilize the ferroelectric phase. However, the role played by the interface between the metal electrode and the hafnia-based ferroelectrics oxide remains unclear. In this work, a typical Hf0.5Zr0.5O2 (HZO) ferroelectric oxide film sandwiched between the metal electrode and the silicon substrate was fabricated with and without the interfacial layer. By using the in situ transmission electron microscope, the atomistic structure evolution of the HZO film ferroelectric phase was studied under electrical stimuli. It is found that the phase transition from ferroelectric (FE) orthorhombic phase (O-phase) to dielectric monoclinic phase (M-phase) occurs from the interface between the HZO and the metal electrode. While in the one with Al2O3 as an interfacial layer between the HZO and the metal electrode, the FE O-phase could remain without phase transition. This work shows the microscopic view to enhance the ferroelectric evolution in HfO2-based devices.
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