Three types of resistive switching in ferroelectric Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 films mediated by polarization reversal and oxygen vacancy migration

摘要 与传统钙钛矿铁电材料相比, 基于掺杂HfO 2 薄膜的铁电材料因具有良好的互补金属‐氧化物‐半导体(CMOS)工艺兼容性而受到广泛关注。然而, 已报道的HfO 2 基铁电薄膜器件的阻变特性展现了巨大的差别, 比如, 开关比从小于1个数量级到大至4个数量级。本工作通过设计伏安( I ‐ V )曲线的扫描范围、扫描速度和电流限流值, 在单个器件中获得了三种类型的阻变现象。 ± 2.6 V的 I ‐ V 扫描下, 得到了开关比为1.8的非易失性铁电阻变。将 I ‐ V 扫描范围增加到 ± 3.5 V, 并设置5 μA的较低限流, 获得了开关比为10 3 的易失性阻变。扫描速度对易失性阻变的影响显著, 而对非易失性铁电阻变则几乎没有影响。在设置50 μA的较大限流后, 得到了另一种非易失性阻变, 其开关比高达10 4 。后两种阻变行为可能与氧空位迁移有关。本工作为区分HfO 2 基铁电器件中有争议的阻变特性提供了一种有效方法, 可为铁电阻变器件的设计提供原理指导。