Как вновь заставить хранить инверсное состояние

В настоящей статье показана возможность увеличить время хранения инверсного состояния OS с 140 до 500 мин при 145 ℃ в сегнетоэлектрических конденсаторах на основе Hf_0.5Zr_0.5O₂ (HZO) путем сдвига вправо конечной точки интегрирования тока. Учет переходных процессов между управляющими импульсами после отжига в течение 500 мин при температуре 145 ℃ позволяет повысить сохраняемость состояния OS с 21 % до 35 % от начального значения. Противоположная тенденция выявлена для состояний SS (снижение с 56 % до 35 %) и NSS (снижение с 63 % до 45 %). Также показано, что наличие сдвига напряжения, вызванного эффектом импринта, в некоторых случаях может и не приводить деградации поляризации благодаря току, который протекает на полке максимального напряжения управляющего импульса.

1. Müller J., Polakowski P., Mueller S., Mikolajick T. Ferroelectric Hafnium Oxide Based Materials and Devices: Assessment of Current Status and Future Prospects. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 2015, 4 (5), P. N30–N35.

2. Müller J., Böscke T. S., Bräuhaus D., Schröder U., Böttger U., Sundqvist J., Kücher P., Mikolajick T., Frey L. Ferroelectric Zr0.5Hf0.5O2 thin films for nonvolatile memory applications. Appl. Phys. Lett., 2011, 99 (11), 112901.

3. Schenk T., Pesic M., Slesazeck S., Schroeder U., Mikolajick T. Memory technology – A Primer for material scientists. Reports on Progress in Physics, 2020, 83, 086501.

4. Mueller S., Muller J., Schroeder U., Mikolajick T. Reliability characteristics of ferroelectric Si:HfO2 thin films for memory applications. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 2013, 13 (1), P. 93–97.

5. Mehmood F., Hoffmann M., Lomenzo P.D., Richter C., Materano M., Mikolajick T., Schroeder U. Bulk depolarization fields as a major contributor to the ferroelectric reliability performance in lanthanum doped Hf0.5Zr0.5O2 capacitors. Adv. Mater. Interfaces, 2019, 6 (21), P. 1–10.

6. Mehmood F., Alcala R., Vishnumurthy P., Xu B., Sachdeva R., Mikolajick T., Schroeder U. Reliability improvement from La2O3 interfaces in Hf0.5Zr0.5O2 -based ferroelectric capacitors. Adv. Mater. Interfaces, 2023, 10 (8), 2202151.

7. Koroleva A.A., Chernikova A.G., Zarubin S.S., Korostylev E., Khakimov R.R., Zhuk M.Y., Markeev A. M. Retention improvement of HZO-based ferroelectric capacitors with TiO2 insets. ACS Omega, 2022, 7 (50), P. 47084–47095.

8. Khakimov R. R., Chernikova A. G., Lebedinskii Y., Koroleva A. A., Markeev A. M. Influence of the annealing temperature and applied electric field on the reliability of TiN/Hf0.5Zr0.5O2/TiN capacitors. ACS Appl. Electron. Mater., 2021, 3 (10), P. 4317–4327.

9. Okuno J., Kunihiro T., Konishi K., Materano M., Ali T., Kuehnel K., Seidel K., Mikolajick T., Schroeder U., Tsukamoto M., Umebayashi T. 1T1C FeRAM memory array based on ferroelectric HZO with capacitor under bitline. IEEE Journal of the Electron Devices Society, 2022, 10, P. 29–34.

10. Laguerre J., Martin S., Coignus J., Carabasse C., Bocquet M., Andrieu F., Grenouillet L. Data retention insights from joint analysis on BEOLintegrated HZO-based scaled FeCAPs and 16kbit 1T-1C FeRAM arrays. IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings, 2024, P. 1–7.

11. Mikheev V., Kondratyuk E., Chouprik A. Retention model and express retention test of ferroelectric HfO2-based memory. Phys. Rev. Appl., 2022, 18 (6), 064084.

12. Okuno J., Kunihiro T., Yonai T., Ono R., Shuto Y., Alcala R., Lederer M., Seidel K., Mikolajick T., Schroeder U., Tsukamoto M., Umebayashi T. A highly reliable 1.8 V 1 Mb Hf0.5Zr0.5O2-based 1T1C FeRAM array with 3-D capacitors. 2023 International Electron Devices Meeting (IEDM), 2023, P. 1–4.

13. Rodriguez J., Remack K., Gertas J., Wang L., Zhou C., Boku K., Rodriguez-Latorre J., Udayakumar K. R., Summerfelt S., Moise T., Kim D., Groat J., Eliason J., Depner M., Chu F. Reliability of ferroelectric random access memory embedded within 130nm CMOS. IEEE International Reliability Physics Symposium Proceedings, 2010, P. 750–758.

14. Chernikova A.G., Markeev A.M. Dynamic imprint recovery as an origin of the pulse width dependence of retention in Hf0.5Zr0.5O2-based capacitors. Appl. Phys. Lett., 2021, 119 (3), 032904.

15. Yuan P., Mao G.Q., Cheng Y., Xue K.H., Zheng Y., Yang Y., Jiang P., Xu Y., Wang Y., Wang Y., Ding Y., Chen Y., Dang Z., Tai L., Gong T., Luo Q., Miao X., Liu Q. Microscopic mechanism of imprint in hafnium oxide-based ferroelectrics. Nano Res., 2022, 15 (4), P. 3667–3674.