真空电子技术2024,Issue(1) :36-41.DOI:10.16540/j.cnki.cn11-2485/tn.2024.01.08

ZnO和铪锆氧化物(Hf0.5Zr0.5O2)堆栈能带对准研究

Energy Band Alignment Study on ZnO and Hafnium Zirconium Oxide(Hf0.5Zr0.5O2)Stack

郑旭 孙垚鑫 刘澳 冯泽 井美艺 单一洋 刘晖 王维华 卢峰 程雅慧 董红
真空电子技术2024,Issue(1) :36-41.DOI:10.16540/j.cnki.cn11-2485/tn.2024.01.08

ZnO和铪锆氧化物(Hf0.5Zr0.5O2)堆栈能带对准研究

Energy Band Alignment Study on ZnO and Hafnium Zirconium Oxide(Hf0.5Zr0.5O2)Stack

郑旭 1孙垚鑫 2刘澳 1冯泽 1井美艺 1单一洋 1刘晖 1王维华 1卢峰 1程雅慧 1董红1
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作者信息

  • 1. 南开大学电子信息与光学工程学院 ,天津 300350
  • 2. 阿尔伯塔大学电子与计算机学院 ,加拿大
  • 折叠

摘要

铪锆氧化物(HZO)克服了传统铁电材料的缺陷,能够与CMOS工艺兼容,并且可以微缩,在高端芯片领域有很大的发展潜力.而其瓶颈在于循环寿命低,主流研究试图通过界面工程、介质掺杂等工艺改善其铁电性能并提高其寿命.本工作提出了以ZnO作为 HZO与上电极的过渡层,制备 HZO/ZnO堆栈,并通过X射线光电子能谱研究了ZnO过渡层与 HZO的基本物理问题,即二者的能带结构和退火对能带对准的影响.结果表明,退火过程中界面处发生了元素扩散和偶极子的改变,使HZO/ZnO的能带偏移发生变化,异质结由type-Ⅱ型变为type-Ⅰ型.本工作将为HZO存储器的改善寿命的ZnO过渡层提供基础物理学依据.

Abstract

Hf0.5Zr0.5O2(HZO)overcomes thedefects of traditional ferroelectric materials.It is compati-ble with CMOS processing and is scalable,which makes it a great development potential in high-end chip field.The bottleneck of HZO is the low cycle life.Most of researchers attempt to improve its ferroelectric properties and extend its lifespan through interface engineering,dielectric miscellaneous and other arts and crafts.ZnO is used as a transition layer between HZO and top electrode and the HZO/ZnO stacks are fab-ricated.The fundamental physical aspects of the ZnO transition layer and its interface with HZO,inclu-ding the energy band structure and the impact of annealing on energy band alignment are studied by using X-ray photoelectron spectroscopy.The results indicate that element diffusion and dipole moments change occur at the interface during the annealing process,resulting in a variation of the energy band offset in HZO/ZnO,and a transition of the heterojunction from type-Ⅱ to type-Ⅰ.This work provides a fundamental physical basis for ZnO transition layer in improving the lifespan of HZO-based memories.

关键词

HZO/ZnO/XPS/界面

Key words

HZO/ZnO/XPS/Interface

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基金项目

国家重点研发计划项目(2018YFB2200500)

国家重点研发计划项目(2018YFB2200504)

国家自然科学基金项目(22090010)

国家自然科学基金项目(22090011)

出版年

2024
真空电子技术
北京真空电子技术研究所

真空电子技术

影响因子:0.166
ISSN:1002-8935
参考文献量28
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