From compositional tuning to thermal budget engineering: Strategies to mitigate the wake-up effect in HZO and Al-doped HZO thin films
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Le résumé fourni par la source
This paper investigates the wake-up phenomenon in ferroelectric $$\text {Hf}_{x}\text {Zr}_{1-x}\text {O}_{2}$$ (HZO) thin films for non-volatile memory integration. While optimizing the Hf content (x) and film thickness can mitigate the initial pinched loop behavior, both pathways incur severe penalties in remanent polarization ( $$2P_{\text {r}}$$ ) or coercive field ( $$2E_{\text {c}}$$ ). To address high-reliability demands, we evaluate aluminum-co-doped HZO (HZAO), which provides superior automotive-grade stability but inherently exacerbates the initial wake-up effect. By systematic tuning of the crystallization thermal budget, we successfully eliminate this bottleneck. While low-temperature annealing ( $$400\,^{\circ }\text {C}$$ ) results in a severely suppressed normalized polarization ratio ( $$R_{\text {P}} \approx 0.25$$ ), an $$800\,^{\circ }\text {C}$$ thermal budget yields wake-up-free HZAO films ( $$R_{\text {P}} \approx 0.99$$ ) with high $$2P_{\text {r}}$$ values ( $$\sim 40~\upmu \text {C/cm}^2$$ ). Crucially, unlike undoped HZO, which severely degrades due to leakage currents at these temperatures, the HZAO films maintain a pristine ferroelectric loop shape without any structural degradation, offering a clear pathway for immediate device utilization without extensive preconditioning.
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Le contrôle bibliographique ouvert
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- Titre Crossref
- From compositional tuning to thermal budget engineering: Strategies to mitigate the wake-up effect in HZO and Al-doped HZO thin films
- Date Crossref
- 20/08/2026
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Fraunhofer Institute for Photonic Microsystms IPMS pays non établi dans la noticeStructure de recherche
Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems et Fraunhofer Institute for Photonic Microsystms IPMS.
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