氧化铪基铁电薄膜相结构调控的研究进展

摘要

随着微电子技术的发展，氧化铪（HfO₂）因具有与Si基半导体工艺相兼容、适宜的相对介电常数、良好的热稳定性和化学稳定性以及较大的禁带宽度等优点，成为当前新型铁电材料的研究焦点. HfO₂是一种典型的“相结构决定性能，性能决定应用”的材料，其铁电性能源于薄膜中存在空间点群为Pca2₁的非中心对称的正交相.因此，实现HfO₂薄膜铁电性能稳定与提升的前提是调控HfO₂薄膜于亚稳正交相结构.以正交相的调控机理为出发点，综述了HfO₂正交相的稳定因素，并分别从薄膜厚度、掺杂元素、退火工艺、晶粒取向和电极材料等方面进行归纳，例如HfO₂材料的正交相含量随薄膜厚度的增加而降低；适宜含量的元素掺杂可以稳定HfO₂材料的正交相；高的升温速率，极短的退火时间可抑制单斜相的形成；制备具有特定取向的正交相薄膜以及顶部电极的夹持作用都是保证HfO₂材料正交相稳定的重要因素.最后，对HfO₂薄膜未来发展做出展望.

关键词

氧化铪 / 铁电薄膜 / 相调控 / 氧空位 / 膜厚

基金资助

辽宁省教育厅优秀人才项目（2020LNQN09）; 安工大先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验开放基金资助项目（GFST2021KF02）