Unveiling the polarization switching pathway through tetragonal phase as a metastable intermediate state in ferroelectric HfxZr1-xO2 thin film
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Le résumé fourni par la source
The polarization switching pathway in HfxZr1-xO2-based ferroelectric thin film is still not well clarified and agreed, limiting the fundamental physical understanding and performance engineering. The key question lies in clarifying the transient intermediate state during the polarization switching of orthorhombic phase. In this work, by designing the ferroelectric and dielectric stacks, we theoretically and experimentally demonstrate a polarization switching pathway through an orthorhombic-tetragonal-orthorhombic phase transition in ferroelectric HfxZr1-xO2 where the non-polar tetragonal phase is metastable. Meanwhile, the phase transition pathway under electric field is experimentally demonstrated by in-situ grazing incidence X-ray diffraction measurement. Furthermore, by engineering the energy barrier of reversible orthorhombic-tetragonal phase transition through controlling the defects and interface properties, a low coercive field ~0.6 MV/cm and a low operation voltage <0.65 V is achieved in an 8 nm Hf0.5Zr0.5O2 film. Our results provide insights into the fundamental physics and performance engineering of ferroelectric HfxZr1-xO2 materials. The authors demonstrate a polarization switching pathway through an orthorhombic-tetragonal orthorhombic phase transition in ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2, where the intermediate state, non-polar P42/nmc T-phase, is metastable.
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Le contrôle bibliographique ouvert
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- Titre Crossref
- Unveiling the polarization switching pathway through tetragonal phase as a metastable intermediate state in ferroelectric HfxZr1-xO2 thin film
- Date Crossref
- 02/09/2025
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Shanghai Jiao Tong University National Key Laboratory of Advanced Micro and Nano Manufacture Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Fudan University Institute of Optoelectronics pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Hunan University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of Science and Technology of China Department of Physics pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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School of Integrated Circuits (School of Information Science and Electronic Engineering) pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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College of Future Information Technology State Key Laboratory of Photovoltaic Science and Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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College of Materials Science and Engineering pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
National Key Laboratory of Advanced Micro and Nano Manufacture Technology — Shanghai Jiao Tong University, Institute of Optoelectronics — Fudan University et Hunan University, avec 4 autres affiliations.
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