Kinetischer Weg der ferroelektrischen Phasenbildung in dotierten HfO2-Filmen

Die dopanteninduzierte ferroelektrische HfO2-Bildung wurde systematisch untersucht, indem Kationen- (Sc, Y, Nb, Al, Si, Ge und Zr) und Anionen- (N) Dotierungen verwendet wurden. Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen verschiedenen Dotierstoffen werden diskutiert, wobei der Fokus auf zwei Hauptfaktoren liegt: dem Sauerstoffvacanz (Vo) und der ionischen Größe des Dotierungsions. Zunächst wird der Konzentrationsabhängigkeit der Remanenzpolarisation in 27 (±2) nm HfO2-Filmen quantitativ geschätzt. Anschließend wird der Polarisationsergebnis mit der strukturellen Transformation in dotiertem HfO2 verglichen, und der Weg des dopanteninduzierten HfO2-Phasenübergangs wird zwischen monoklin, ferroelektrisch orthorhombisch, tetragonal und kubisch diskutiert. Schließlich wird darauf hingewiesen, dass eine dotantenunabhängige Phasenübergangsroute in HfO2 existieren könnte, die auf demselben kinetischen Übergangsprozess beruht, bei dem die ferroelektrische Phase einen intermediären Zustand zwischen tetragonal und monoklin zu sein scheint.