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RTP退火炉在Zr基薄膜铁电性调控中的应用
- 分类： 学术知识
- 作者：周酉林,李顶房,邵炜,商成锴,吴超
- 来源：武汉嘉仪通科技有限公司
- 发布时间：2024-01-06
- 访问量： 191
【概要描述】随着HfO2和ZrO2基铁电薄膜的发展，铁电存储领域正经历着新的变革，这些新型薄膜材料有望突破传统瓶···
RTP退火炉在Zr基薄膜铁电性调控中的应用
【概要描述】随着HfO2和ZrO2基铁电薄膜的发展，铁电存储领域正经历着新的变革，这些新型薄膜材料有望突破传统瓶···
- 分类： 学术知识
- 作者：周酉林,李顶房,邵炜,商成锴,吴超
- 来源：武汉嘉仪通科技有限公司
- 发布时间：2024-01-06
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随着HfO2和ZrO2基铁电薄膜的发展，铁电存储领域正经历着新的变革，这些新型薄膜材料有望突破传统瓶颈，诸如FeRAM、FeFET、FTJ相关的微缩性和集成性问题，为铁电存储器提供“卡脖子”新思路，逐渐成为关注的焦点。
铁电材料是一种能够自发极化，并且可以通过施加外电场来实现电偶极子逆转的晶体材料[1]。电偶极子与材料的晶体结构密切相关，晶体结构状态将改变材料的极化行为。因此，如何实现铁电材料性能的巨大提升，应该更加关注材料的晶格类型、极化强度和微观结构等信息，从另外一个角度来讲，材料的晶体取向、结晶度和结晶的均匀性将决定铁电材料的最终性能，进而影响着铁电存储器的各项指标[2]。
图1 铁电材料典型的P-E曲线
近期，河北大学张威教授在Nanoscale期刊上在线发表了题为“Hafnium-doped zirconia ferroelectric thin films with excellent endurance at high polarization”的研究论文（Cao et.al. Nanoscale, 2023, 15(3): 1392-1401.）[3]，论文采用了武汉嘉仪通科技有限公司提供的最新款RTP-3S01型退火炉，借助原子层沉积技术，成功制备出HZO薄膜，该退火炉在氮气氛围下，提供超快速、极稳定退火参数，极大促进了正交相O(111)的生成，并且使得该晶相占比超过85%，其极化强度高达41 μC/cm2。最终，通过1-80μm不同尺寸器件的性能测试，发现HZO薄膜依然保持了优越的极化强度和极高的耐久性。
图2 文献报道的HZO薄膜关键性能图
HZO薄膜优异的铁电性能[4]源于IRAL-1200型退火炉的良好表现，该设备属于武汉嘉仪通科技有限公司的核心产品，在薄膜材料制备及热处理方面展现出诸多优势，形成鲜明的行业竞争力，为高质量薄膜材料提供了急速升降温、极高稳定性和均匀性的温度场，具体表现在：
√快速升降温贯穿整个膜层，实现全尺度应力调控；
√有效提升薄膜结晶度，构筑薄膜铁电性形成环境；
√提供均匀、宽温域温度场，提高薄膜材料晶化一致性，催生高性能、高稳定性器件。
此外，嘉仪通快速退火炉（RTP，Rapid Thermal Processing）产品，采用红外辐射加热及冷壁技术，可实现对薄膜材料的快速升温和降温，同时搭配超高精度的温度控制系统，可达到极佳的温场均匀性和稳定性。
嘉仪通(JouleYacht)快速退火炉系列可处理1-12吋样品，对材料的快速热处理、快速热退火、快速热氧化、快速热氮化及金属合金化等研究和生产起到重要作用。
参考文献：
[1] Xu Y. Ferroelectric materials and their applications. Elsevier, 2013.
[2] Martin, L., Rappe, A. Thin-film ferroelectric materials and their applications. Nat. Rev. Mater. 2017, 2: 16087.
[3] Cao Y. et al. Hafnium-doped zirconia ferroelectric thin films with excellent endurance at high polarization. Nanoscale, 2023, 15(3): 1392-1401.
[4] 李昱东, 张兆浩, 闫江等. 超薄Hf0.5Zr0.5O2铁电薄膜制备及在ETSOI器件应用研究[J]. 稀有金属, 2022, 46(04): 480-487.
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