铁电外延Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜的生长窗口

摘要： 铪的亚稳态正交相通常在多晶薄膜中获得，而在外延薄膜中其形成机制研究较少。我们通过脉冲激光沉积法制备了Hf0.5Zr0.5O2薄膜，并绘制了铁电相外延稳定化所需的生长窗口（沉积温度、氧压及薄膜厚度）。残余铁电极化强度最高可达约24 μC/cm2，该值取决于正交相含量与应变程度，且在固定薄膜厚度条件下随温度和压力升高而增强。漏电流通过增加厚度和温度、特别是降低氧压得以减小。矫顽电场(EC)遵循EC-t-2/3标度律（该规律首次在铁电铪氧化物中被发现），且该标度关系可延伸至5纳米以下超薄尺度。实验证明我们能够调控高质量外延铁电Hf0.5Zr0.5O2薄膜的功能特性，这为深入理解其铁电性质及器件原型开发奠定了基础。