The formation of orthorhombic (Zr,Ta)O2 was found in annealed thin Zr-Ta-O films with various tantalum concentrations deposited by co-sputtering a ZrO2 target and a mixed ZrO2/Ta2O5 target. In the as-deposited state, all films were amorphous. After annealing, tetragonal (Zr,Ta)O2 for [Ta]/([Ta] + [Zr]) ≤ 0.19 and orthorhombic (Zr,Ta)O2 for [Ta]/([Ta] + [Zr]) > 0.19 were formed. Thin films with excess of tantalum ([Ta]/([Ta] + [Zr]) ≥ 0.5) decomposed into two orthorhombic phases upon crystallization: (Zr,Ta)O2 and tantalum-rich (Ta,Zr)2O5. The Rietveld analysis of X-ray diffraction patterns revealed that the crystal structure of (Zr,Ta)O2 can be described with the non-centrosymmetric space group Pbc21. The broad range of tantalum concentrations, in which orthorhombic (Zr,Ta)O2 is formed as a single crystalline phase, is promising for the use of this compound in ferroelectric field effect transistors.

1.
T. S.
Böscke
,
J.
Müller
,
D.
Bräuhaus
,
U.
Schröder
, and
U.
Böttger
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
102903
(
2011
).
2.
J.
Müller
,
T. S.
Böscke
,
U.
Schröder
,
S.
Mueller
,
D.
Bräuhaus
,
U.
Böttger
,
L.
Frey
, and
T.
Mikolajick
,
Nano Lett.
12
,
4318
(
2012
).
3.
M. H.
Park
,
T.
Schenk
,
C. M.
Fancher
,
E. D.
Grimley
,
C.
Zhou
,
C.
Richter
,
J. M.
LeBeau
,
J. L.
Jones
,
T.
Mikolajick
, and
U.
Schroeder
,
J. Mater. Chem. C
5
,
4677
(
2017
).
4.
X.
Sang
,
E. D.
Grimley
,
T.
Schenk
,
U.
Schroeder
, and
J. M.
LeBeau
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
162905
(
2015
).
5.
K.
Tomida
,
K.
Kita
, and
A.
Toriumi
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
142902
(
2006
).
6.
T.
Olsen
,
U.
Schröder
,
S.
Müller
,
A.
Krause
,
D.
Martin
,
A.
Singh
,
J.
Müller
,
M.
Geidel
, and
T.
Mikolajick
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
082905
(
2012
).
7.
M.
Hoffmann
,
U.
Schroeder
,
T.
Schenk
,
T.
Shimizu
,
H.
Funakubo
,
O.
Sakata
,
D.
Pohl
,
M.
Drescher
,
C.
Adelmann
,
R.
Materlik
,
A.
Kersch
, and
T.
Mikolajick
,
J. Appl. Phys.
118
,
072006
(
2015
).
8.
J.
Müller
,
U.
Schröder
,
T. S.
Böscke
,
I.
Müller
,
U.
Böttger
,
L.
Wilde
,
J.
Sundqvist
,
M.
Lemberger
,
P.
Kücher
,
T.
Mikolajick
, and
L.
Frey
,
J. Appl. Phys.
110
,
114113
(
2011
).
9.
S.
Starschich
,
T.
Schenk
,
U.
Schroeder
, and
U.
Boettger
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
182905
(
2017
).
10.
J.
Müller
,
P.
Polakowski
,
S.
Müller
, and
T.
Mikolajick
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
4
,
N30
(
2015
).
11.
12.
K.-H.
Heussner
and
N.
Claussen
,
J. Am. Ceram. Soc.
72
,
1044
(
1989
).
13.
Y.-W.
Hsu
,
K.-H.
Yang
,
K.-M.
Chang
,
S.-W.
Yeh
, and
M.-C.
Wang
,
J. Alloys Compd.
509
,
6864
(
2011
).
14.
C.
Pascual
and
P.
Duran
,
J. Am. Ceram. Soc.
66
,
23
(
1983
).
15.
D.
Fischer
and
A.
Kersch
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
012908
(
2008
).
16.
D.
Tsoutsou
,
G.
Apostolopoulos
,
S. F.
Galata
,
P.
Tsipas
,
A.
Sotiropoulos
,
G.
Mavrou
,
Y.
Panayiotatos
,
A.
Dimoulas
,
A.
Lagoyannis
,
A. G.
Karydas
,
V.
Kantarelou
, and
S.
Harissopoulos
,
J. Appl. Phys.
106
,
24107
(
2009
).
17.
E. H.
Kisi
,
C. J.
Howard
, and
R. J.
Hill
,
J. Am. Ceram. Soc.
72
,
1757
(
1989
).
18.
B.-T.
Lin
,
Y.-W.
Lu
,
J.
Shieh
, and
M.-J.
Chen
,
J. Eur. Ceram. Soc.
37
,
1135
(
2017
).
19.
J.-Y.
Tewg
,
Y.
Kuo
, and
J.
Lu
,
Electrochem. Solid-State Lett.
8
,
G27
(
2005
).
20.
K.
Kukli
,
M.
Kemell
,
M.
Vehkamäki
,
M. J.
Heikkilä
,
K.
Mizohata
,
K.
Kalam
,
M.
Ritala
,
M.
Leskelä
,
I.
Kundrata
, and
K.
Fröhlich
,
AIP Adv.
7
,
025001
(
2017
).
21.
B.
Samaranch
,
P.
Ramírez de la Piscina
,
G.
Clet
,
M.
Houalla
,
P.
Gélin
, and
N.
Homs
,
Chem. Mater.
19
,
1445
(
2007
).
22.
D.
Rafaja
,
C.
Wüstefeld
,
G.
Abrasonis
,
S.
Braeunig
,
C.
Baehtz
,
F.
Hanzig
,
M.
Dopita
,
M.
Krause
, and
S.
Gemming
,
Thin Solid Films
612
,
430
(
2016
).
23.
H. M.
Rietveld
,
Acta. Crystallogr.
22
,
151
(
1967
).
24.
H. M.
Rietveld
,
J. Appl. Crystallogr.
2
,
65
(
1969
).
25.
R. N.
Patil
and
E. C.
Subbarao
,
J. Appl. Crystallogr.
2
,
281
(
1969
).
26.
K.
Lehovec
,
J. Less-Common Met.
7
,
397
(
1964
).
27.
M.
Ferrari
,
L.
Lutterotti
,
S.
Matthies
,
P.
Polonioli
, and
H. R.
Wenk
,
MSF
228–231
,
83
(
1996
).
28.
M.
Ferrari
and
L.
Lutterotti
,
J. Appl. Phys.
76
,
7246
(
1994
).
29.
C.
Zheng
and
A. R.
West
,
J. Mater. Chem.
1
,
163
(
1991
).
30.
D. C.
Arnold
,
K. S.
Knight
,
F. D.
Morrison
, and
P.
Lightfoot
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
027602
(
2009
).
31.
X.
He
and
C.
Ge
,
Phys. Rev. B
93
,
174110
(
2016
).
32.
P.
Shen
and
W. H.
Lee
,
Nano Lett.
1
,
707
(
2001
).
33.
S.
Shukla
,
S.
Seal
,
R.
Vij
,
S.
Bandyopadhyay
, and
Z.
Rahman
,
Nano Lett.
2
,
989
(
2002
).
You do not currently have access to this content.