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RTP退火炉在Zr基薄膜铁电性调控中的应用

  • 分类: 学术知识
  • 作者:周酉林,李顶房,邵炜,商成锴,吴超
  • 来源:武汉嘉仪通科技有限公司
  • 发布时间:2024-01-06
  • 访问量: 167

【概要描述】随着HfO2和ZrO2基铁电薄膜的发展,铁电存储领域正经历着新的变革,这些新型薄膜材料有望突破传统瓶···

RTP退火炉在Zr基薄膜铁电性调控中的应用

【概要描述】随着HfO2和ZrO2基铁电薄膜的发展,铁电存储领域正经历着新的变革,这些新型薄膜材料有望突破传统瓶···

  • 分类: 学术知识
  • 作者:周酉林,李顶房,邵炜,商成锴,吴超
  • 来源:武汉嘉仪通科技有限公司
  • 发布时间:2024-01-06
  • 访问量: 167
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随着HfO2和ZrO2基铁电薄膜的发展,铁电存储领域正经历着新的变革,这些新型薄膜材料有望突破传统瓶颈,诸如FeRAM、FeFET、FTJ相关的微缩性和集成性问题,为铁电存储器提供“卡脖子”新思路,逐渐成为关注的焦点。

铁电材料是一种能够自发极化,并且可以通过施加外电场来实现电偶极子逆转的晶体材料[1]。电偶极子与材料的晶体结构密切相关,晶体结构状态将改变材料的极化行为。因此,如何实现铁电材料性能的巨大提升,应该更加关注材料的晶格类型、极化强度和微观结构等信息,从另外一个角度来讲,材料的晶体取向、结晶度和结晶的均匀性将决定铁电材料的最终性能,进而影响着铁电存储器的各项指标[2]。

铁电材料典型的P-E曲线.png

图1 铁电材料典型的P-E曲线

近期,河北大学张威教授在Nanoscale期刊上在线发表了题为“Hafnium-doped zirconia ferroelectric thin films with excellent endurance at high polarization”的研究论文(Cao et.al. Nanoscale, 2023, 15(3): 1392-1401.)[3],论文采用了武汉嘉仪通科技有限公司提供的最新款RTP-3S01型退火炉,借助原子层沉积技术,成功制备出HZO薄膜,该退火炉在氮气氛围下,提供超快速、极稳定退火参数,极大促进了正交相O(111)的生成,并且使得该晶相占比超过85%,其极化强度高达41 μC/cm2。最终,通过1-80μm不同尺寸器件的性能测试,发现HZO薄膜依然保持了优越的极化强度和极高的耐久性。

图2 文献报道的HZO薄膜关键性能图

HZO薄膜优异的铁电性能[4]源于IRAL-1200型退火炉的良好表现,该设备属于武汉嘉仪通科技有限公司的核心产品,在薄膜材料制备及热处理方面展现出诸多优势,形成鲜明的行业竞争力,为高质量薄膜材料提供了急速升降温、极高稳定性和均匀性的温度场,具体表现在:

√快速升降温贯穿整个膜层,实现全尺度应力调控;

√有效提升薄膜结晶度,构筑薄膜铁电性形成环境;

√提供均匀、宽温域温度场,提高薄膜材料晶化一致性,催生高性能、高稳定性器件。


此外,嘉仪通快速退火炉(RTP,Rapid Thermal Processing)产品,采用红外辐射加热及冷壁技术,可实现对薄膜材料的快速升温和降温,同时搭配超高精度的温度控制系统,可达到极佳的温场均匀性和稳定性。

嘉仪通(JouleYacht)快速退火炉系列可处理1-12吋样品,对材料的快速热处理、快速热退火、快速热氧化、快速热氮化及金属合金化等研究和生产起到重要作用。


参考文献:

[1] Xu Y. Ferroelectric materials and their applications. Elsevier, 2013.

[2] Martin, L., Rappe, A. Thin-film ferroelectric materials and their applications. Nat. Rev. Mater. 2017, 2: 16087.

[3] Cao Y. et al. Hafnium-doped zirconia ferroelectric thin films with excellent endurance at high polarization. Nanoscale, 2023, 15(3): 1392-1401.

[4] 李昱东, 张兆浩, 闫江等. 超薄Hf0.5Zr0.5O2铁电薄膜制备及在ETSOI器件应用研究[J]. 稀有金属, 2022, 46(04): 480-487.


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