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2025 article

Region-Selective Oxygen Vacancy Engineering for Ferroelectric Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 Thin Films Processed at 300 °C

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Le résumé fourni par la source

The discovery of ferroelectricity in hafnium oxide (HfO 2 ) thin films has positioned it as a leading material for next-generation nonvolatile memory. However, the integration of HfO 2 -based ferroelectric thin films into back-end-of-line (BEOL) processes remains challenging due to the high thermal budget required to stabilize the ferroelectric orthorhombic (O) phase. In this work, we achieve robust stabilization of the O-phase at a significantly reduced annealing temperature of 300 °C solely through oxygen vacancy engineering. We introduce a region-selective oxygen vacancy engineering strategy to form oxygen vacancy engineering layers (Vo-ELs) within Hf 0.5 Zr 0.5 O 2 (HZO) thin films during atomic layer deposition (ALD). By delaying the introduction of the oxygen precursor, multiple cycles of metal precursors are deposited before a single oxidation step, creating well-defined Vo-ELs. These Vo-ELs induce a vertical gradient in the oxygen vacancy concentration, as confirmed by electron energy loss spectroscopy (EELS). First-principles calculations further reveal that oxygen vacancies reduce the energy barrier for the tetragonal-to-orthorhombic (T–O) phase transition and enhance the thermodynamic stability of the ferroelectric O-phase. Utilizing this technique, we successfully realize low-temperature (300 °C) fabrication of HZO ferroelectric capacitors, which exhibit a high remanent polarization of 36.4 μC/cm 2 and outstanding endurance exceeding 10 9 cycles. This work demonstrates the effectiveness of Vo-ELs in enabling low-thermal-budget, high-performance ferroelectric devices compatible with advanced BEOL integration.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé, mais le titre doit être comparé manuellement.

Titre Crossref
Region-Selective Oxygen Vacancy Engineering for Ferroelectric Hf <sub>0.5</sub> Zr <sub>0.5</sub> O <sub>2</sub> Thin Films Processed at 300 °C
Date Crossref
27/08/2025
Éditeur
American Chemical Society (ACS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

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