Révéler le rôle de la couche d'espacement dans la dynamique des domaines des films minces Hf0.5Zr0.5O2 pour ferroélectriques

Résumé Les ferroélectriques à base de HfO 2 offrent des promesses pour des dispositifs à taille nanométrique non volatils de nouvelle génération grâce à une excellente compatibilité CMOS et à une ferroélectricité robuste à l'échelle nanométrique. Cependant, comprendre fondamentalement le mécanisme de l'inversion de polarisation et la dynamique des domaines est un défi, car le rôle de la couche d'espacement au niveau des domaines dans les ferroélectriques à base de HfO 2 reste insaisissable. Ici, il est réalisé que la visualisation de la dynamique résolue dans le temps des configurations de domaines à l'échelle nanométrique dans les films minces épitaxiaux Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 utilise des simulations de champ de phase. La commutabilité indépendante de l'échelle sans domaine (à savoir, le domaine polaire stable irréductible jusqu'à 1 nm de taille latérale) et les murs de domaine nets qui proviennent d'interactions faibles entre des domaines adjacents, caractérisés par le coefficient d'énergie de gradient réduit, révèlent le mécanisme mésoscopique de la couche d'espacement dans la dynamique des domaines. Parallèlement, il est révélé que la commutation de polarisation à 180° est dominée par la nucléation d'un nouveau domaine avec une haute densité de nucléation, bien décrite par le modèle de commutation limité par la nucléation. Cette étude fournit non seulement un mécanisme mésoscopique fondamental de la couche d'espacement, mais stimule également d'autres études sur la manipulation de l'état de domaine unique ultra-scalé pour concevoir une mémoire ferroélectrique à base de HfO 2 à haute densité et à grande vitesse.