Negative Differential Resistivity and Positive Temperature Coefficient of Resistivity effect in the diffusion limited current of ferroelectric thin film capacitors
提出了一个铁电薄膜电容器漏电流模型,该模型解释了两个未能得到满意解释的现象,即在低电压下出现平台或负微分电阻率,以及在高电压区某些样品中观察到正电阻率温度系数(PTCR)效应。通过考虑扩散限制的电流过程,这在高电压制度恢复的扩散限制的肖特基关系的西蒙斯已经被证明是适用于这些系统中的泄漏电流建模。
2004-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Depolarizing-Field Effect in Strained Nanoscale Ferroelectric Capacitors and Tunnel Junctions
利用非线性热力学理论研究了退极化场对铁电电容器和隧道结中均匀极化的大小和稳定性的影响。据预测,在涉及应变外延膜和金属电极的异质结构中,均匀的极化状态可以保持稳定,对顺电相和多畴状态下到纳米级的转换。这一结果支持的可能性去极化场相关的电阻开关在铁电隧道结与不同的电极。在这样的结的电阻开/关比示出由在电极中的屏蔽空间电荷的倒易电容之间的差异。
2006-11-08 cond-mat.mtrl-sci
On the persistence of polar domains in ultrathin ferroelectric capacitors
超薄膜中铁电有序的不稳定性是与实现具有增强功能的许多电子器件(例如铁电和多铁性隧道结或铁电场效应晶体管)相关的最重要的基本问题之一。在本文中,我们研究了典型的铁电异质结构的极化状态:外延单晶BaTiO $_3$薄膜夹在最常用的钙钛矿电极之间,SrRuO $_3$,最常用的钙钛矿衬底,SrTiO $_3$。我们使用的piezoresponse力显微镜,介电测量和结构表征的组合,提供确凿的证据,为铁电性质的弛豫极化状态的BaTiO $_3$电容器。我们发现,即使SrRuO $_3$电极的高屏蔽效率仍然不足以在室温下稳定SrRuO $_3$ /BaTiO $_3$ /SrRuO $_3$异质结构中的极化。我们确定的畴壁运动在确定的宏观电性能的电容器的关键作用,并讨论了他们的介电响应在最近的兴趣在负电容行为的光。
2017-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of polarization characteristics in metal/ferroelectric/semiconductor capacitors and ferroelectric field-effect transistors
在这项研究中,我们提出了一种测量技术,用于评估铁电场效应晶体管(FeFET)的铁电极化特性。与标准的金属/铁电/金属电容器不同,在使用快速电压扫描作为输入评估铁电性能时,必须仔细考虑半导体衬底中的耗尽和反转现象。发现非平衡深耗尽是精确评估金属/铁电/半导体电容器铁电性能的限制因素。通过在极化测量期间将FeFET的源极、漏极和衬底连接在一起,可以抑制深耗尽并且可以准确地评估铁电栅极的铁电性。本技术是一个强大的方法,用于捕获FeFET中的极化状态,使新的方法用于器件表征和基础研究,并克服了在2端金属/铁电/半导体电容器的常规极化测量中发现的限制。
2020-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Universal Model for Ferroelectric Capacitors Operating Down to Deep Cryogenic Temperatures
提出基于Jiles-Atherton方程的通用模型,以近100%准确度重现HZO电容器低至4 K的极化翻转特性,为深低温大规模存储与类脑电路应用奠定基础。
2024-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Interface control of ferroelectricity in a SrRuO3/BaTiO3/SrRuO3 capacitor and its critical thickness
人工氧化物异质结构的原子级合成为创造自然界中不存在的新状态提供了新的机会。与合成这些结构相关的主要挑战是获得具有设计的终止序列的原子尖锐界面。在这里,我们表明,在生长过程中的氧气压力(PO 2)在控制SrRuO 3/BaTiO 3/SrRuO 3(SRO/BTO/SRO)铁电电容器的界面终端起着重要的作用。SRO/BTO/SRO异质结采用脉冲激光沉积(PLD)方法生长。在高PO 2(约150 mTorr)下生长的顶部SRO/BTO界面通常表现出RuO 2-BaO和SrO-TiO 2终端的混合物。通过还原PO 2,我们获得了原子级尖锐的SRO/BTO顶部界面与均匀的SrO-TiO 2终止。使用具有对称和均匀界面终止的电容器器件,我们能够首次证明铁电体(FE)的临界厚度可以达到3.5个晶胞(u.c.)的理论极限。
2017-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Cross talk by extensive domain wall motion in arrays of ferroelectric nanocapacitors
我们报告广泛的畴壁运动铁电纳米电容器阵列的压电响应力显微镜调查。与典型的开关脉冲条件相比,在更长或更高的偏置电压脉冲下,畴壁开始传播到相邻的电容器中,从而引发显著的串扰。在重复运行下,传播路径和传播到相邻电容器的面积总是相同的。实验和仿真结果表明,串扰与电容参数和局部缺陷有关。研究结果可为纳米铁电存储器件的可靠性测试提供参考。
2011-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Insulating improper ferroelectric domain walls as robust barrier layer capacitors
本文报道了反常铁电体h-ErMnO $_3$的介电性质。从体表征,我们观察到的温度和频率范围内有两个不同的弛豫样功能,导致高,甚至是“巨大的”值的介电常数。一个特征平凡地起源于在电极-样品界面处形成肖特基势垒,而第二个特征涉及内部势垒层电容(BLC)。计算的内部BLC的体积分数(8%)是在良好的协议与观察到的绝缘畴壁(DW)的体积分数。虽然已经确定绝缘DW可以产生高介电常数,但是研究通常集中在适当的铁电体上,其中电场可以去除DW。相比之下,在h-ErMnO $_3$中,绝缘DW在拓扑上受到保护,从而促进在显著更高的电场下的操作。我们的研究结果提供了一个概念上的新方法的基础上,工程材料表现出巨大的介电常数使用畴壁在不适当的铁电陶瓷电容器的潜在应用。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in ultrathin film capacitors
到了薄膜的极限,铁电隧道结或电阻存储器等新一代器件就有了希望。然而,这些长度尺度也使器件对与小型化相关的寄生效应敏感,并且更好地理解随着尺寸减小会发生什么对于这些器件的未来发展具有实际重要性。随着材料制备和表征的实验进展与铁电体理论建模的巨大进展,理论家和实验家终于可以探索相同的长度和时间尺度。这使得理论和实验之间的实时反馈成为可能,新的发现现在经常在实验室和计算机上进行。在这一章中,我们将重点介绍基于密度泛函理论的建模方法的最新进展,以及它在我们理解铁电体中所起的作用。我们将首先简要介绍铁电性和铁电氧化物,然后概述主要的理论发展。然后,我们将讨论钙钛矿氧化物中铁电性的一些微妙之处,然后再将注意力转向本章的主题--钙钛矿薄膜中的铁电性。我们将详细讨论的机械,电气和化学边界条件的影响,在平行板电容器的几何形状的极性状态的稳定性,引入的概念去极化领域,往往不稳定的铁电性。我们将研究薄铁电体保持其极性状态的其他方法,重点是铁电畴和畴壁。最后,我们将简要讨论人工层状铁电体及其作为电子应用定制材料的潜力。
2012-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Vortex Ferroelectric Domains
我们展示了锆钛酸铅(PZT)的微尺度电容器上的实验开关数据,这揭示了在100 ns尺度上的开关过程中的时间分辨畴行为。对于小的圆形电容器,一个未切换的域仍然在中心,而完全切换观察到方形电容器。观察到的效果是由于在圆形电容器的极化开关过程中形成的涡旋域。这种动力学行为的模型使用Landau-Liftshitz-Gilbert方程,并发现在详细的协议与实验。该模拟暗示了xy平面中的偏振的旋转运动,这是由Naumov和Fu [Phys. Rev. Lett. 98,077603(2007)],尽管不能通过目前的准静态测量直接测量。
2008-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Al0.68Sc0.32N/SiC based metal-ferroelectric-semiconductor capacitors operating up to 1000 °C
本研究制备了Ni/Al0.68Sc0.32N/4H-SiC金属-铁电-半导体电容器,验证了其在1000℃下的稳定铁电特性,揭示了AlScN结合SiC衬底在高温非易失性存储中的应用潜力。
2025-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Selective heating of the ferroelectric film soft mode phonons
给出了频率为0.3THz的电磁抽运对(Ba,Sr)TiO_3薄膜中软模声子的实验研究结果。利用电容温度计和热电偶揭示了声子态的一些特征。通过与平面电容器电容变化的比较,发现软模声子过热现象相当显著
2007-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the Electromechanical Behavior of Unconventionally Ferroelectric $Hf_{0.5}Zr_{0.5}O_{2}$-based Capacitors Through Operando Nanobeam X-ray Diffraction
本研究通过原位纳米束X射线衍射实验,探究了外延HfZrO基铁电电容器的非常规弱机电响应,发现其菱方相具有负压电效应,且响应在矫顽电压以上被抑制,凸显了极化切换的独特性质。
2022-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Breaking the fundamental energy dissipation limit in ferroelectric-dielectric capacitors
在给电容器充电时,总有一半的能量损失。即使在电阻消失的极限下,充电能量的一半仍然会损失-辐射而不是热量。虽然这一部分可以通过电容器充电技术上减少,但它对电容器的充电效率造成了根本性的限制。在这里,我们表明,这1/2的限制,可以通过耦合的铁电体的电容器电介质被打破。通过求解麦克斯韦方程组,从坡印廷定理的角度分析了耦合系统的能量流动,结果表明:(1)在充放电过程中,总的能量耗散降低到基本极限以下:(2)通过“回收”已经存储在铁电体相变中的能量来节省能量;以及(3)在充电和放电期间,该相变能量在铁电体和电介质之间直接传递。这些结果揭开了低能量负电容器件的神秘面纱,并为提高所有依赖于电场储能的器件的基本能量效率奠定了基础。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ionic control over ferroelectricity in 2D layered van der Waals capacitors
范德华层状材料CuInP 2S 6具有有趣的功能行为,包括存在四个单轴极化状态,通过Cu离子迁移,负电容制度,和可逆提取的电场的极化反转。这些特征的核心在于Cu离子的高迁移率,这也决定了自发极化。因此,Cu穿过晶格的迁移导致不寻常的铁电行为。在这里,我们演示了如何极性和离子性质的相互作用提供了一个路径,离子控制的铁电行为,通过施加选定的直流电压脉冲,随后探测铁电开关快速三角电压扫描。使用电流测量和理论计算,我们观察到,增加直流脉冲持续时间的结果在更高的离子电流,建立的内部电场,转移极化回路,并增加了总的可切换极化的~50%,由于存在一个高的极化相,这是稳定的内部电场。除了通过选定的方波脉冲调谐铁电行为外,滞后极化切换甚至可以完全失活和重新激活,从而导致三态系统,其中极化切换被抑制或可以在两个不同的方向上执行。
2022-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Changing the properties of Hf$_{0.5}$Zr$_{0.5}$O$_{2}$ during cyclic repolarization of ferroelectric capacitors with different electrode materials
本文结合输运实验与模拟,研究不同金属电极下铪锆氧化物铁电电容器在循环再极化及耐久性过程中铁电性能和氧空位平均距离的变化。
2024-08-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Epitaxial Integration on Si(001) of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Capacitors with High Retention and Endurance
在Si(001)衬底上成功地制备了Hf0.5Zr0.5O2铁电薄膜电容器。正交晶系的Hf0.5Zr0.5O2相,[111]面外取向,稳定在薄膜中。薄膜的剩余极化强度Pr接近20 μC/cm ~ 2,与单晶氧化物衬底上的外延薄膜相当。对于约5 MV/cm的写入场,保持时间长于10年,并且对于约4 MV/cm的写入电压,电容器显示出高达1 E9次循环的耐久性。据发现,正交铁电相的形成关键取决于底部电极,实现在La0.67Sr0.33MnO3,但不是在LaNiO 3。在Si(001)上的Hf0.5Zr0.5O2外延膜中的优异铁电性质的展示与需要纳米尺度均匀性的器件的制造以及更好地理解这种有前途的铁电氧化物的本征性质有关。
2019-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Negative Capacitance in a Ferroelectric Capacitor
电子的玻尔兹曼分布构成了传统电子学中降低能量耗散的基本障碍,通常被称为玻尔兹曼暴政。铁电材料中的负电容,源于相变的储能,可以提供一种解决方案,但迄今为止,对负电容的直接测量还很难实现。在这里,我们报告的观察,在一个薄的,外延铁电薄膜的负电容。当施加电压脉冲时,发现铁电电容器两端的电压随时间减小,其方向正好与常规电容器的电压变化方向相反。对电容器的这种类似电感的行为的分析为铁电材料的固有能量分布提供了前所未有的见解,并可能为全新的应用铺平道路。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Comment on ``Elastic Stabilization of a Single-Domain Ferroelectric State in Nanoscale Capacitors and Tunnel Junctions" [N.A. Pertsev and H. Kohlstedt, Phys. Rev. Lett. 98, 257603 (2007).]
在最近的一封信中[N. A. Pertsev和H. Kohlstedt,Phys. Rev. Lett. 98,257603(2007)]作者声称“甚至纳米级电容器和隧道结也可以具有足以用于存储器应用的面外极化。“在这里,我们以一种基本的方式表明,这个结论并没有被他们的计算所证实,他们应该在他们的近似值中得出相反的结论。
2007-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Electrode modified domain morphology in ferroelectric capacitors revealed by X-ray microscopy
本文利用纳米探针X射线衍射对BiFeO3基电容器内部铁电畴进行非侵入成像,揭示了电极引起的畴无序、部分极化重取向及电极边缘晶格倾斜,为纳米器件原位表征开辟了新途径。
2025-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Access Rate-Dependent Endurance Behavior of Ferroelectric Hafnium Zirconium Oxide Capacitors
NaMLab gGmbH(NaMLab有限公司);Queen’s University Belfast(贝尔法斯特女王大学);Technical University Dresden(德累斯顿工业大学);Intel Foundry(英特尔代工);University Applied Sciences, Department of Applied Sciences and Mechatronics(应用科学大学应用科学与机电工程系)
针对铁电铪锆氧化物电容器存取速率依赖型 endurance 衰减机制,结合电学测试与模拟揭示氧空位缺陷作用,建立物理模型并在宽温宽延迟时间下验证,为相关存储器性能外推提供支撑。
2026-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Wake-Up-Free Ferroelectric Capacitors with Enhanced High-Temperature Reliability
Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院);University of Modena Reggio Emilia(摩德纳雷焦艾米利亚大学)
研究通过热等离子体原子层沉积技术在钨电极上制备铁电氧化铪-氧化锆异质结构,发现其在高温下具有无唤醒开关和更长耐久性,而钛氮化物电极则表现较差。
2026-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Alternative origins of polarity in compressively strained SrTiO3-RENiO3 capacitors
University College London(伦敦大学学院);London Centre for Nanotechnology(伦敦纳米技术中心);Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza(阿拉贡纳米科学与材料研究所(INMA),西班牙科学研究中心-萨拉戈萨大学);Departamento de Física de la Materia Condensada, Universidad de Zaragoza(萨拉戈萨大学凝聚态物理系);Condensed Matter Physics, Physics Department, Durham University(杜伦大学物理系凝聚态物理);Smart Materials Unit, Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)(卢森堡科学与技术研究所(LIST)智能材料部门);Department of Physics and Materials Science, University of Luxembourg(卢森堡大学物理与材料科学系);Departamento de Ciencia y Tecnologia de Materiales y Fluidos, Universidad de Zaragoza(萨拉戈萨大学材料与流体科学技术系)
通过实验和第一性原理计算,提出压缩应变SrTiO3中观察到的极性行为源于NdNiO3与SrTiO3层间电荷不连续导致的空间非均匀内场,而非稳定的铁电态。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Field-induced vortices in weakly anisotropic ferroelectrics
在微纳尺度铁电样品中,畴的形成和生长是极化反转机制的两个重要阶段。通过假设弱极化各向异性和通过求解Ginzburg-Landau-Khalatnikov方程,我们探索了另一种机制,其中包括由涡旋形成引起的铁电开关。我们研究了铁电圆形电容器内部的极化动力学,其中开关导致形成具有极化旋转运动的亚稳涡旋态。我们的结果与最近的第一原理模拟[I]一致。I. Naumov和H. X. Fu,Phys. Rev. Lett. 98,077603(2007)]和在PbZr0.2Ti0.8O3中的实验[A.Gruverman等人,J. Phys. Matter 20 342201(2008)],并证明涡旋诱导的极化转换可以是圆形纳米电容器的有效机制。
2009-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Leakage Suppression Across Temperature in Al1-xScxN Thin Film Ferroelectric Capacitors through Boron Incorporation
本文通过在AlScN中掺入硼制备AlBScN铁电薄膜,实现了高温下漏电流降低两个数量级以上,同时保持稳定剩余极化,为极端环境铁电器件提供了新方案。
2025-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Kinetic control of ferroelectricity in ultrathin epitaxial Barium Titanate capacitors
University of Southern California(南加州大学);Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院);Intel Corporation(英特尔公司)
通过操控脉冲激光沉积过程中等离子体的动能,实现超薄铁电电容器异质结构的高性能铁电特性,如低开关电压、长保持时间和高耐久性。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
An Unsupervised Machine Learning-based Framework for Wafer Scale Variability Analysis and Performance Prediction of Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Thin Film Capacitors
Tampere University(坦佩雷大学)
本文提出利用PCA和K-means聚类分析HZO电容器的晶片内设备间变异性,通过虚拟计量方法预测未测试设备性能,MAPE在5-10%范围内,有效提升良率并减少计量开销。
2026-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear domain wall velocity in ferroelectric Si-doped HfO$_{2}$ thin film capacitors
利用压电响应力显微镜(PFM)和开关电流测量研究了掺硅HfOPDMATHABMO薄膜电容器中畴壁速度($v$)对外电场($E_{ext}$)的非线性响应.我们验证了铁电畴开关的PFM图像的可靠性,通过比较开关体积分数的PFM图像与时间相关的归一化开关极化从开关电流数据。使用连续的时间依赖性PFM图像,我们测量了不同$E_{ext}$的纯侧域室壁运动的速度。与$E_{ext}$相关的$v$值与无序介质中弹性物体的非线性动力响应密切相关。基于$E_{ext}$的大小观察热激活蠕变和流动状态。随着$μ$ = 1的动态指数,我们的薄膜被发现有随机场缺陷,这是一致的特征开关时间的洛伦兹分布中所示的开关电流数据。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Polarization dependent interface properties of ferroelectric Schottky barriers studied by soft X-ray absorption spectroscopy
采用软X射线吸收谱研究了铁电电容器中Ti的L边。内光电流和X射线吸收光谱与偏振态有关。结果解释的光电效应和铁电电容器中的内部电位的基础上,作为一个结果的背靠背肖特基势垒叠加的电位由于退极化场。一般来说,所提出的方法提供了一个机会,以调查在薄膜器件中的掩埋金属-绝缘体和金属-半导体界面的电子结构。通讯作者:h.h. fz-juelich.de
2008-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Direct and indirect electrocaloric measurements using multilayer capacitors
我们报告的发现,偶然的电热效应的商业多层电容器的基础上的铁电钛酸钡。直接测温记录约0.5 K的变化,由于300 kV cm-1,在很宽的温度范围内接近和高于室温。通过对铁电电滞回线的热力学分析,间接得到了类似的结果。我们比较和对比这两个结果。优化的电热多层电容器可以在未来的冷却技术中找到应用。
2009-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Millisecond-scale Volatile Memory in HZO Ferroelectric Capacitors for Bio-inspired Temporal Computing
本研究提出一种基于HZO的铁电电容堆栈,利用其独特界面配置和内部电场实现毫秒级易失性存储,为硬件中的仿生时间计算提供了可调时间常数。
2025-08-12 cond-mat.mtrl-sci cs.ET
Operando observation of reversible oxygen migration and phase transitions in ferroelectric devices
非传统的铁电性,在减少纳米尺度的强大,表现出的氧化硅基薄膜在纳米电子学的巨大机遇。然而,偏振转换的确切性质仍然存在争议。在这里,我们调查外延Hf0.5Zr0.5O2(HZO)电容器,与氧导电金属(La0.67Sr0.33MnO3,LSMO)作为电极,使用原子分辨电子显微镜,而在原位电偏置。通过直接氧成像,我们观察到可逆的氧空位迁移从底部到顶部电极通过HZO和揭示相关的可逆结构相变在外延LSMO和HZO层。我们遵循原子尺度上的相变路径,并确定这些机制在隧道结和铁电电容器与亚毫秒脉冲切换中发挥作用。我们的研究结果明白无误地表明,氧伏安法和极化开关交织在这些材料。
2020-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Strategies to Improve the Energy Storage Properties of Perovskite Lead-Free Relaxor Ferroelectrics: A Review
具有高能量密度和功率密度的电能存储系统(EESS)对于未来电子设备的有效小型化是必不可少的。在市场上可用的不同EESS中,依赖于基于快速电子和离子极化的机制来存储和传递能量的介电电容器已经表现出高功率密度。然而,对能量耗散的不同的本征和非本征贡献阻止了陶瓷基介电电容器达到高的可恢复能量密度水平。有趣的是,基于弛豫铁电体的电介质电容器由于其低剩余极化而显示出相对高的能量密度,并且因此显示出对于需要高能量密度性质的应用的巨大潜力。本文综述了提高钙钛矿无铅弛豫体系能量密度性能的一些主要策略。这包括(i)在不同晶体位置的化学改性,(ii)不针对晶格位置的化学添加剂,以及(iii)分别专用于块体陶瓷、厚膜和薄膜的新的加工方法。综述了近年来在弛豫材料研究方面取得的进展,包括寻找具有优良能量密度性能的弛豫材料,以及选择合适的组分和工艺路线以满足不同应用需求。最后,计算机辅助材料设计的未来趋势。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Polar metals as electrodes to suppress the critical-thickness limit in ferroelectric nanocapacitors
增强用于存储器装置和逻辑的纳米级铁电(FE)场效应晶体管和FE电容器的性能依赖于使金属电极/铁电区域结晶化并减小绝缘体的厚度。尽管尺寸减小改善了数据保持、提供了较低的电压阈值切换并增加了面密度,但它们也降低了功能性电极化的强度。存在一个临界纳米长度$t_\mathrm{FE}^*$,低于该长度,由于去极化场效应,极化消失。在这里,我们将展示如何克服施加在铁电性的临界厚度限制,利用电极形成的一类新的材料称为极性金属。对对称极性金属电极/FE电容器结构的电子结构计算表明,当电极中的极轴分量垂直于电极/绝缘体界面时,电极化的强度可以用$t_\mathrm{FE}^*\rightarrow0$持续到亚纳米尺度。我们的研究结果揭示了界面偶极相干性在维持极化中的重要性,这为基于原子尺度结构的功能设计提供了一个平台,这些功能在减小的维度中恶化。
2017-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced negative capacitance in La-doped Pb(Zr$_{0.4}$Ti$_{0.6}$)O$_3$ ferroelectric capacitor from tuning of bias voltage pulse
CSIR-Central Glass and Ceramic Research Institute(印度中央玻璃和陶瓷研究所);Jadavpur University(贾达普大学);Indian Association for the Cultivation of Science(印度科学培育协会);Indian Institute of Technology, Bhubaneswar(布巴内斯瓦尔印度理工学院)
通过调节偏压脉冲,研究发现La掺杂的Pb(Zr$_{0.4}$Ti$_{0.6}$)O$_3$铁电电容器中负电容的增强机制及其与域墙长度和滞回环形状的关系。
2025-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Designing high endurance Hf0.5Zr0.5O2 capacitors through engineered recovery from fatigue for non-volatile ferroelectric memory and neuromorphic hardware
本文通过工程化材料叠层与退火工艺设计出可多次从疲劳中恢复的Hf0.5Zr0.5O2铁电电容器,室温耐久性超过10^9次循环,适用于超低功耗非易失性存储器和神经形态计算。
2024-09-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Time-resolved PhotoEmission Spectroscopy on a Metal/Ferroelectric Heterostructure
在薄膜铁电电容器中,电极/铁电界面的化学和电子结构在决定极化转换动力学方面起着至关重要的作用。利用时间分辨光电子能谱研究了Pt/BaTiO 3/SrTiO 3:Nb电容器的电子结构。利用芯能级光电发射的化学、电子和深度敏感性,研究了上电极/铁电体界面不同部位对电压脉冲诱导极化反转的瞬态响应。电子结构的线性响应同意定量与一个简单的RC电路模型。极化开关引起的非线性响应由电极和铁电体的特征芯能级的时间分辨响应来证明。RC电路模型的调整允许Pt/BTO界面电容的第一估计。实验表明,界面电容是至少100倍以上的BTO膜的体电容,在定性与理论预测从文献。
2013-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Non-Destructive Imaging of Breakdown Process in Ferroelectric Capacitors Using \textit{In-situ} Laser-Based Photoemission Electron Microscopy
本研究利用原位激光光发射电子显微镜直接观察HfO₂基铁电电容器的击穿过程,发现软介电击穿(SDB)与硬介电击穿(HDB)在导电通道宽度和电子态上存在显著差异,为材料工程提供了非破坏性研究手段。
2023-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Designing wake-up free ferroelectric capacitors based on the $\mathrm{HfO_2/ZrO_2}$ superlattice structure
针对铪基铁电电容器的唤醒问题,提出从Pt/ZrO₂界面侧加热的单向退火法制备HZO超晶格铁电电容器,实现无唤醒特性与27.4μC/cm²的2Pᵣ,该方法也适用于其他铪基铁电器件。
2022-06-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Polarity control of carrier injection at ferroelectric/metal interfaces for electrically switchable diode and photovoltaic effects
研究了Pt/BiFeO3/SrRuO3薄膜电容器的开关铁电二极管效应及其物理机制。我们的电测量结果支持,附近的Pt/BiFeO3界面生长的样品,有缺陷的层(可能是一个富氧空位层)成为形成和干扰载流子注入。因此,我们使用了一个电气培训过程,以获得铁电控制的二极管极性,通过改变极化方向,使用外部偏置,我们可以切换正向和反向二极管之间的传输特性。我们的系统的特点是与一个矩形的极化磁滞回线,我们证实了二极管的极性切换发生在铁电矫顽电压。此外,我们观察到的二极管的极性和相关的光伏响应依赖于铁电畴配置的同时切换。我们的详细研究表明,极化电荷可以影响铁电/金属界面处的肖特基势垒,导致界面载流子注入的调制。极化调制载流子注入的量可以影响空间电荷限制的体电流-电压(J-V)行为从欧姆(即,J~V)到非线性(即,J~V ^n,其中n为\geq 2)。体导电和极化调制载流子注入的这种组合解释了铁电电容器中可开关二极管效应的详细物理机制。
2011-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Very large dielectric response of thin ferroelectric films with the dead layers
研究了铁电薄膜与电极界面处存在"死"介质层时的介电响应。在死层存在的情况下,在FE膜中不可避免地形成畴结构。结果,当死层薄时,电容器$ε_{eff}$的有效介电常数突然增加,因此,180度畴的图案变得"软"。我们比较这个问题的确切结果与描述中的一个流行的“电容器”模型,这是给定性不正确的结果。我们目前的结果与铁电薄膜中观察到的疲劳。
2001-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Unveiling the ac Dynamics of Ferroelectric Domains by Investigating the Frequency Dependence of Hysteresis Loops
通过测量外延铁电电容器在不同频率和温度下的电滞回线,研究了交流电场下的非平衡畴壁动力学。极化切换主要是由热激活蠕变运动在较低的频率,并在较高的频率下由粘性流运动。蠕变和流动状态之间的动态交叉揭示了滞后回线的两个频率相关标度区域。基于这些发现,我们构建了一个动态相图的滞后铁电畴动力学在交流电场的存在。
2010-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Defect Engineering of Mo/TiON Electrode in Angstrom-Laminated HfO$_2$/ZrO$_2$ Ferroelectric Capacitors towards Long Endurance and High Temperature Retention
本研究提出基于层状HfO₂/ZrO₂与多功能TiN/Mo/TiOₓNᵧ电极的缺陷调控方法,通过界面工程提升HZO铁电电容器的耐久性、极化反转速度与高温数据保持能力,为铁电存储器性能优化提供关键技术路径。
2023-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrical Characterization of PbZr0.4Ti0.6O3 Capacitors
我们已经进行了仔细的研究,在完全集成的商业PbZr0.4Ti0.6O3薄膜电容器与Pt底部和Ir/IrO 2顶部电极的电流-电压(I-V)特性。在不同的温度下,超过二十年的电压从电流-时间数据获得了高度可重复的稳态I-V,并分析了几种常见的传输模型,包括空间电荷限制的导电,肖特基势垒电子发射下的全部和部分耗尽和Poole-Frenkel导电,显示后者是最合理的泄漏机制,在这些高品质的薄膜。此外,铁电电滞回线和电容-电压数据在很大的温度范围内获得,并在一个修改后的Landau-Ginzburg-Devonshire理论占空间电荷效应进行了讨论。
2006-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Unified Phase-Field Framework for Antiferroelectric, Ferroelectric and Dielectric Phases: Application to HZO Thin Films
Kookmin University(建国大学);Kangwon National University(江原国立大学)
本研究提出统一相场框架用于模拟氧化铪基电容器的铁电、反铁电和介电相行为,通过晶粒拓扑和取向显式建模,揭示垂直相排列对开关特性的影响。
2026-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric nematics: Materials with high permittivity or low resistivity?
本研究对比了解释铁电向列相(NF)介电谱的PCG模型与高ε模型,分析了二者等效性的成因、预测差异及寄生电阻的关键作用,实测ITO电池电极电阻为数百欧姆量级。
2024-11-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Enhancement of ferroelectricity at metal/oxide interfaces
通过对四种基于BaTiO 3和PbTiO 3的电容器结构进行第一性原理计算,我们确定了薄膜铁电器件中极性态不稳定的本征界面效应。我们发现,相反,建立的解释,界面电容取决于关键的局部化学环境的界面,通过力常数的金属氧化物键,并不一定与电极材料的体屏蔽性能。特别是,在AO-终止钙钛矿和简单的金属之间的界面的情况下,我们证明了一种新的机制“界面铁电性”,产生的铁电不稳定性的膜的整体增强,而不是抑制通常假设。由此产生的“负死层”建议的路线,薄膜铁电器件是免费的有害的尺寸效应。
2008-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Breakdown and polarization contrasts in ferroelectric devices observed by operando laser-based photoemission electron microscopy with the AC/DC electrical characterization system
本文开发了一种带有铁电表征系统的operando激光光电子显微镜(laser-PEEM),成功可视化铁电器件介电击穿后的导电通道及极化对比度,为分析器件失效与电子态分布提供了有力工具。
2025-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Material-Limited Switching in Nanoscale Ferroelectrics
本文通过将铁电电容器缩小至纳米尺度,揭示了钙钛矿、萤石和纤锌矿结构铁电体的本征极化开关速度极限,其中 LaBiFeO3 最快约150 ps,并提出了达到材料限制型开关状态的标准。
2025-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Depolarizing field and "real" hysteresis loops in nanometer-scale ferroelectric films
我们详细分析了Kim等人[Phys. Rev. Lett.] 95,237602(2005)]。利用Landau理论计算了SrRuO 3/SrTiO 3衬底上应变BaTiO 3薄膜的均匀态临界厚度及其畴形成稳定性。而前者(2.5nm)与从头计算给出的相同,实际临界厚度由畴设定为1.6nm。极化弛豫有较大的Merz激活场。值得注意的是,结果显示了一个负斜率的“实际”磁滞回线,一个标志的域结构在理想的薄膜与不完善的屏蔽。
2006-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of a built-in electric field in asymmetric ferroelectric tunnel junctions
利用多尺度热力学模型研究了内建电场对非对称铁电隧道结铁电相变的贡献。详细论证了在非对称铁电隧道结中存在一个临界厚度,在该厚度处发生不寻常的铁电-极性非铁电\rq \rq相变.在极性非铁电\rq \rq相中,只有一个不可切换的极化,这是由去极化场和内建场之间的竞争引起的,并提出了形成封闭状畴以使系统能量最小化的建议。转变温度被发现单调降低的铁电势垒厚度的减少和减少变得更显着的较薄的铁电层。事实上,内置电场不仅导致相变的拖尾,而且还迫使相变在降低的温度下发生。这样的发现可能会对工作温度施加基本限制,因此在未来的铁电隧道结型或铁电电容器型器件中应进一步加以考虑。
2013-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic-like closure domains in ferroelectric ultrathin films
本文从第一性原理出发,模拟了短路条件下两金属SrRuO $_3$电极间的BaTiO $_3$单胞电容器中铁电畴的能量、结构和电子性质。畴稳定下来,两个单位电池,采用封闭的域的形式,常见的铁磁体,但最近才在铁电薄膜的实验检测。通过电极的第一SrO层中的原子的面内弛豫,畴被闭合,其表现得比在金属SrRuO $_3$中更像在高度可极化SrTiO $_3$中的SrO。即使很小,这些横向位移是必不可少的稳定域,并可能提供一些线索,以解释为什么有些系统打破域,而其他人仍然在一个单域配置。静电势的分析揭示了铁电电极界面处的带电缺陷的钉扎的优先点,可能在膜疲劳中起主要作用。
2007-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in epitaxially strained rhombohedral ZrO2 thin films
在过去的十年中,氧化锆和氧化铈基薄膜由于其在纳米尺度下的出乎意料的铁电行为而引起了极大的关注,这有助于铁电器件的缩小。采用离子束溅射法在(111)- Nb:SrTiO 3基片上制备了一种新型的铁电菱面体相ZrO 2薄膜。结构和铁电特性表明,(111)取向的ZrO 2薄膜处于外延压应变下,具有可切换的铁电极化,其矫顽场为1.5 MV/cm,极化强度约为20.2 μC/cm 2。此外,Nb:STO/ZrO 2/Au薄膜电容器的极化反转特性随时间的变化呈现钟形曲线,这是与畴反转相关的铁电薄膜的典型特征。估计的激活场与从极化-电场磁滞回线获得的矫顽场相当。有趣的是,所研究的薄膜本身显示出铁电行为,即,不需要施加唤醒循环,该唤醒循环对于在ZrO 2的常规(正交)铁电相中诱导铁电性是必不可少的。因此,目前的薄膜有一个技术优势,以前研究的铁电ZrO 2薄膜,并可能是有吸引力的纳米铁电器件。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Single- and multi-domain ferroelectricity driven by interfaces
在金属氧化物界面处的界面键合的设计产生了令人兴奋的新现象,并且可以成为维持甚至促进纳米级铁电性的途径。我们研究了这些界面对铁电电容器自发极化(单畴与多畴)性质的影响。我们发现,界面性质interceptible与铁电和电极参数,以确定系统的实际基态。我们发现分析的标准,指定如果铁电性出现在一个单域或多域的方式作为这种交织的结果。这一标准背后的物理学提出了定制铁电功能的新方法。
2014-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci