We report on the ferroelectricity of a Y-doped HfO2 thin film epitaxially grown on Si substrate, with an yttria-stabilized zirconia buffer layer pre-deposited on the substrate. Piezoresponse force microscopy results show the ferroelectric domain pattern, implying the existence of ferroelectricity in the epitaxial HfO2 film. The epitaxially stabilized HfO2 film in the form of a metal-ferroelectric-insulator-semiconductor structure exhibits ferroelectric hysteresis with a clear ferroelectric switching current in polarization-voltage measurements. The HfO2 thin film also demonstrates ferroelectric retention comparable to that of current perovskite-based metal-ferroelectric-insulator-semiconductor structures.
References
1.
T.
Böscke
, J.
Müller
, D.
Bräuhaus
, U.
Schröder
, and U.
Böttger
, Appl. Phys. Lett.
99
, 102903
(2011
).2.
M. H.
Park
, Y. H.
Lee
, H. J.
Kim
, Y. J.
Kim
, T.
Moon
, K. D.
Kim
, J.
Müller
, A.
Kersch
, U.
Schroeder
, T.
Mikolajick
, and C. S.
Hwang
, Adv. Mater.
27
, 1811
(2015
).3.
X.
Sang
, E. D.
Grimley
, T.
Schenk
, U.
Schroeder
, and J. M.
LeBeau
, Appl. Phys. Lett.
106
, 162905
(2015
).4.
T.
Shimizu
, K.
Katayama
, T.
Kiguchi
, A.
Akama
, T. J.
Konno
, and H.
Funakubo
, Appl. Phys. Lett.
107
, 032910
(2015
).5.
S.
Starschich
, D.
Griesche
, T.
Schneller
, R.
Waser
, and U.
Böttger
, Appl. Phys. Lett.
104
, 202903
(2014
).6.
J.
Mu¨ller
, T. S.
Bo¨scke
, U.
Schro¨der
, S.
Mueller
, D.
Bräuhaus
, U.
Bo¨ttger
, L.
Frey
, and T.
Mikolajick
, Nano Lett.
12
, 4318
(2012
).7.
L.
Shaoping
, A. E.
Jeffery
, M. V.
James
, M. F.
Christopher
, E. N.
Robert
, and L. E.
Cross
, Jpn. J. Appl. Phys.
36
, 5169
(1997
).8.
T. S.
Moise
, S. R.
Summerfelt
, H.
McAdams
, S.
Aggarwal
, K. R.
Udayakumar
, F. G.
Celii
, J. S.
Martin
, G.
Xing
, L.
Hall
, K. J.
Taylor
, T.
Hurd
, J.
Rodriguez
, K.
Remack
, M. D.
Khan
, K.
Boku
, G.
Stacey
, M.
Yao
, M. G.
Albrecht
, E.
Zielinski
, M.
Thakre
, S.
Kuchimanchi
, A.
Thomas
, B.
McKee
, J.
Rickes
, A.
Wang
, J.
Grace
, J.
Fong
, D.
Lee
, C.
Pietrzyk
, R.
Lanham
, S. R.
Gilbert
, D.
Taylor
, J.
Amano
, R.
Bailey
, F.
Chu
, G.
Fox
, S.
Sun
, and T.
Davenport
, in International Electron Devices Meeting. Technical Digest
(2002
), p. 535
.9.
W.
Shu-Yau
, IEEE Trans. Electron Devices
21
, 499
(1974
).10.
S.
Starschich
, S.
Menzel
, and U.
Böttger
, Appl. Phys. Lett.
108
, 032903
(2016
).11.
J.
Muller
, T. S.
Boscke
, U.
Schroder
, R.
Hoffmann
, T.
Mikolajick
, and L.
Frey
, IEEE Electron Device Lett.
33
, 185
(2012
).12.
T. S. B. J.
Müller
, S.
Müller
, E.
Yurchuk
, P.
Polakowski
, J.
Paul
, D.
Martin
, T.
Schenk
, K.
Khullar
, A.
Kersch
, W.
Weinreich
, S.
Riedel
, K.
Seidel
, A.
Kumar
, T. M.
Arruda
, S. V.
Kalinin
, T.
Schlösser
, R.
Boschke
, R. V.
Bentum
, U.
Schröder
, and T.
Mikolajick
, in International Electron Devices Meeting
(2013
), p. 10. 8. 1
.13.
E.
Yurchuk
, J.
Muller
, R.
Hoffmann
, J.
Paul
, D.
Martin
, R.
Boschke
, T.
Schlosser
, S.
Muller
, S.
Slesazeck
, R. v.
Bentum
, M.
Trentzsch
, U.
Schroder
, and T.
Mikolajick
, in 4th IEEE International Memory Workshop (IMW)
(2012
), p. 1
.14.
D.
Fork
, D.
Fenner
, G.
Connell
, J. M.
Phillips
, and T.
Geballe
, Appl. Phys. Lett.
57
, 1137
(1990
).15.
K.
Katayama
, T.
Shimizu
, O.
Sakata
, T.
Shiraishi
, S.
Nakamura
, T.
Kiguchi
, A.
Akama
, T. J.
Konno
, H.
Uchida
, and H.
Funakubo
, J. Appl. Phys.
119
, 134101
(2016
).16.
S.
Jun
, Y. S.
Kim
, J.
Lee
, and Y. W.
Kim
, Appl. Phys. Lett.
78
, 2542
(2001
).17.
C.
Dubourdieu
, J.
Bruley
, T. M.
Arruda
, A.
Posadas
, J.
Jordan-Sweet
, M. M.
Frank
, E.
Cartier
, D. J.
Frank
, S. V.
Kalinin
, A. A.
Demkov
, and V.
Narayanan
, Nat. Nanotechnol.
8
, 748
(2013
).18.
D.
Viehland
and Y.-H.
Chen
, J. Appl. Phys.
88
, 6696
(2000
).19.
F.
Zhang
, Y.-C.
Perng
, J. H.
Choi
, T.
Wu
, T.-K.
Chung
, G. P.
Carman
, C.
Locke
, S.
Thomas
, S. E.
Saddow
, and J. P.
Chang
, J. Appl. Phys.
109
, 124109
(2011
).20.
S. H.
Lim
, A. C.
Rastogi
, and S. B.
Desu
, J. Appl. Phys.
96
, 5673
(2004
).21.
J. F.
Scott
, J. Phys.: Condens. Matter
20
, 021001
(2008
).22.
S.
Clima
, D. J.
Wouters
, C.
Adelmann
, T.
Schenk
, U.
Schroeder
, M.
Jurczak
, and G.
Pourtois
, Appl. Phys. Lett.
104
, 092906
(2014
).23.
T.
Shimizu
, K.
Katayama
, T.
Kiguchi
, A.
Akama
, T. J.
Konno
, O.
Sakata
, and H.
Funakubo
, Sci. Rep.
6
, 32931
(2016
).24.
U.
Schroeder
, E.
Yurchuk
, J.
Müller
, D.
Martin
, T.
Schenk
, P.
Polakowski
, C.
Adelmann
, M.
Popovici
, S. V.
Kalinin
, and T.
Mikolajick
, Jpn. J. Appl. Phys.
53
, 08LE02
(2014
).25.
S.
Kundu
, D.
Maurya
, M.
Clavel
, Y.
Zhou
, N. N.
Halder
, M. K.
Hudait
, P.
Banerji
, and S.
Priya
, Sci. Rep.
5
, 8494
(2015
).26.
A.
Gruverman
, H.
Tokumoto
, A. S.
Prakash
, S.
Aggarwal
, B.
Yang
, M.
Wuttig
, R.
Ramesh
, O.
Auciello
, and T.
Venkatesan
, Appl. Phys. Lett.
71
, 3492
(1997
).27.
A.
Morelli
, S.
Venkatesan
, G.
Palasantzas
, B. J.
Kooi
, and J. T. M. D.
Hosson
, J. Appl. Phys.
102
, 084103
(2007
).28.
B.-E.
Park
, K.
Takahashi
, and H.
Ishiwara
, Appl. Phys. Lett.
85
, 4448
(2004
).29.
T.
Li
, S. T.
Hsu
, B. D.
Ulrich
, and D. R.
Evans
, Appl. Phys. Lett.
86
, 123513
(2005
).30.
M. H.
Tang
, Z. H.
Sun
, Y. C.
Zhou
, Y.
Sugiyama
, and H.
Ishiwara
, Appl. Phys. Lett.
94
, 212907
(2009
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
