Plasma assisted atomic oxygen deposition was used to grow polycrystalline ferroelectric Hf1-xZrxO2 (x = 0.5–0.7) on technologically important (100) Germanium substrates showing sharp crystalline interfaces free of interfacial amorphous layers and strong evidence for the presence of a predominately orthorhombic phase. The electrical properties, evaluated using metal-ferroelectric-semiconductor (MFS) capacitors, show symmetric and robust ferroelectric hysteresis with weak or no wake-up effects. The MFS capacitors with x = 0.58 show very large remanent polarization up to 34.4 μC/cm2 or 30.6 μC/cm2 after correction for leakage and parasitics, combined with good endurance reaching 105 cycles at a cycling field of 2.3 MV/cm. The results show good prospects for the fabrication of Ge ferroelectric field effect transistors (FeFETs) for use in 1 T FeFET embedded nonvolatile memory cells with improved endurance.

1.
T. S.
Böscke
,
J.
Müller
,
D.
Bräuhaus
,
U.
Schröder
, and
U.
Böttger
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
102903
(
2011
).
2.
J.
Müller
,
P.
Polakowski
,
S.
Mueller
, and
T.
Mikolajick
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
4
,
N30
(
2015
).
3.
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
).
4.
L.
Chen
,
T.
Wang
,
Y.
Dai
,
M.
Cha
,
H.
Zhu
,
Q.
Sun
,
S.
Ding
,
P.
Zhou
,
L.
Chua
, and
D. W.
Zhang
,
Nanoscale
10
,
15826
(
2018
).
5.
S.
Salahuddin
and
S.
Datta
,
Nano Lett.
8
,
405
(
2008
).
6.
M. M.
Hoffmann
,
M.
Pešić
,
K.
Chatterjee
,
A. I.
Khan
,
S.
Salahuddin
,
S.
Slesazeck
,
U.
Schroeder
, and
T.
Mikolajick
,
Adv. Funct. Mater.
26
,
8643
(
2016
).
7.
M.
Kombayashi
,
Appl. Phys. Express
11
,
110101
(
2018
).
8.
S. J.
Kim
,
J.
Mohan
,
S. R.
Summerfelt
, and
J.
Kim
,
JOM
71
,
246
(
2019
).
9.
M. H.
Park
,
Y. H.
Lee
,
T.
Mikolajick
,
U.
Schroeder
, and
C. S.
Hwang
,
MRS Commun.
8
,
795
(
2018
).
10.
E.
O'Connor
,
M.
Halter
,
F.
Eltes
,
M.
Sousa
,
A.
Kellock
,
S.
Abel
, and
J.
Fompeyrine
,
APL Mater.
6
,
121103
(
2018
).
11.
S.
Mueller
,
S. R.
Summerfelt
,
J.
Muller
,
U.
Schroeder
, and
T.
Mikolajick
,
IEEE Electron Device Lett.
33
,
185
(
2012
).
12.
M.
Trentzsch
,
S.
Flachowsky
,
R.
Richter
,
J.
Paul
,
B.
Reimer
,
D.
Utess
,
S.
Jansen
,
H.
Mulaosmanovic
,
S.
Müller
,
S.
Slesazeck
,
J.
Ocker
,
M.
Noack
,
J.
Müller
,
P.
Polakowski
,
J.
Schreiter
,
S.
Beyer
,
T.
Mikolajick
, and
B.
Rice
,
International Electron Devices Meeting
(
2016
), p.
294
.
13.
S.
Dünkel
,
M.
Trentzsch
,
R.
Richter
,
P.
Moll
,
C.
Fuchs
,
O.
Gehring
,
M.
Majer
,
S.
Wittek
,
B.
Müller
,
T.
Melde
,
H.
Mulaosmanovic
,
S.
Slesazeck
,
S.
Müller
,
J.
Ocker
,
M.
Noack
,
D.-A.
Löhr
,
P.
Polakowski
,
J.
Müller
,
T.
Mikolajick
,
J.
Höntschel
,
B.
Rice
,
J.
Pellerin
, and
S.
Beyer
,
International Electron Devices Meeting (
2017
), p.
485
.
14.
K.
Ni
,
P.
Sharma
,
J.
Zhang
,
M.
Jerry
,
J. A.
Smith
,
K.
Tapily
,
R.
Clark
,
S.
Mahapatra
, and
S.
Datta
,
IEEE Trans. Electron Devices
65
,
2461
(
2018
).
15.
B.
Zeng
,
W.
Xiao
,
J.
Liao
,
H.
Liu
,
M.
Liao
,
Q.
Peng
,
S.
Zheng
, and
Y.
Zhou
,
IEEE Electron Device Lett.
39
,
1508
(
2018
).
16.
H.
Mulaosmanovic
,
J.
Ocker
,
S.
Müller
,
M.
Noack
,
J.
Müller
,
P.
Polakowski
,
T.
Mikolajick
, and
S.
Slesazeck
, in
Symposium on VLSI Technology
(
2017
), p.
T176
.
17.
M.
Jerry
,
P.-Y.
Chen
,
J.
Zhang
,
P.
Sharma
,
K.
Ni
,
S.
Yu
, and
S.
Datta
,
IEEE International Electron Devices Meeting
(
2017
), p.
139
.
18.
H.
Mulaosmanovic
,
E.
Chicca
,
M.
Bertele
,
T.
Mikolajick
, and
S.
Slesazeck
,
Nanoscale
10
,
21755
(
2018
).
19.
W.
Chung
,
M.
Si
, and
P. D.
Ye
, in
IEEE International Electron Devices Meeting (
2018
), p.
344
.
20.
A.
Dimoulas
,
G.
Mavrou
,
G.
Vellianitis
,
E.
Evangelou
, and
N.
Boukos
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
032908
(
2005
).
21.
A.
Dimoulas
,
D. P.
Brunco
,
S.
Ferrari
,
J. W.
Seo
,
Y.
Panayiotatos
,
A.
Sotiropoulos
,
T.
Conard
,
M.
Caymax
,
S.
Spiga
,
M.
Fanciulli
,
C.
Dieker
,
E. K.
Evangelou
,
S.
Galata
,
M.
Houssa
, and
M. M.
Heyns
,
Thin Solid Films
515
,
6337
(
2007
).
22.
P. D.
Lomenzo
,
Q.
Takmeel
,
C. M.
Fancher
,
C.
Zhou
,
N. G.
Rudawski
,
S.
Moghaddam
,
J. L.
Jones
, and
T.
Nishida
,
IEEE Electron Device Lett.
36
,
766
(
2015
).
23.
C.-J.
Su
,
Y.-T.
Tang
,
Y.-C.
Tsou
,
P.-J.
Sung
,
F.-J.
Hou
,
C.-J.
Wang
,
S.-T.
Chung
,
C.-Y.
Hsieh
,
Y.-S.
Yeh
,
F.-K.
Hsueh
,
K.-H.
Kao
,
S.-S.
Chuang
,
C.-T.
Wu
,
T.-Y.
You
,
Y.-L.
Jian
,
T.-H.
Chou
,
Y.-L.
Shen
,
B.-Y.
Chen
,
G.-L.
Luo
,
T.-C.
Hong
,
K.-P.
Huang
,
M.-C.
Chen
,
Y.-J.
Lee
,
T.-S.
Chao
,
T.-Y.
Tseng
,
W.-F.
Wu
,
G.-W.
Huang
,
J.-M.
Shieh
,
W.-K.
Yeh
, and
Y.-H.
Wang
, in
Symposium on VLSI Technology
(
2017
), p.
T152
.
24.
X.
Tian
,
L.
Xu
,
S.
Shibayama
,
T.
Nishimura
,
T.
Yajima
,
S.
Migita
, and
A.
Toriumi
, in
IEEE International Electron Devices Meeting
, San Francisco, CA (
2017
), Vol.
816
.
25.
X.
Tian
,
S.
Shibayama
,
T.
Nishimura
,
T.
Yajima
,
S.
Migita
, and
A.
Toriumi
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
102902
(
2018
).
26.
Y.
Goh
and
S.
Jeon
,
Nanotechnology
29
,
335201
(
2018
).
27.
M. H.
Park
,
H. J.
Kim
,
Y. J.
Kim
,
T.
Moon
, and
C. S.
Hwang
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
072901
(
2014
).
28.
S. J.
Kim
,
D.
Narayan
,
J.-G.
Lee
,
J.
Mohan
,
J. S.
Lee
,
J.
Lee
,
H. S.
Kim
,
Y.-C.
Byun
,
A. T.
Lucero
,
C. D.
Young
,
S. R.
Summerfelt
,
T.
San
,
L.
Colombo
, and
J.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
242901
(
2017
).
29.
S. J.
Kim
,
J.
Mohan
,
J.
Lee
,
J. S.
Lee
,
A. T.
Lucero
,
C. D.
Young
,
L.
Colombo
,
S. R.
Summerfelt
,
T.
San
, and
J.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
172902
(
2018
).
30.
Y.
Wei
,
P.
Nukala
,
M.
Salverda
,
S.
Matzen
,
H. J.
Zhao
,
J.
Momand
,
A. S.
Everhardt
,
G.
Agnus
,
G. R.
Blake
,
P.
Lecoeur
,
B. J.
Kooi
,
J.
Íñiguez
,
B.
Dkhil
, and
B.
Noheda
,
Nat. Mater.
17
,
1095
(
2018
).
31.
M.
Mayer
,
AIP Conf. Proc.
475
,
541
(
1999
).
32.
R. P.
Haggerty
,
P.
Sarin
,
Z. D.
Apostolov
,
P. E.
Driemeyer
, and
W. M.
Kriven
,
J. Am. Ceram. Soc.
97
,
2213
(
2014
).
33.
S.
Bernacki
,
L.
Jack
,
Y.
Kisler
,
S.
Collins
,
S. D.
Bernstein
,
R.
Hallock
,
B.
Armstrong
,
J.
Shaw
,
J.
Evans
,
B.
Tuttle
,
B.
Hammetter
,
S.
Rogers
,
B.
Nasby
,
J.
Henderson
,
J.
Benedetto
,
R.
Moore
,
C. R.
Pugh
, and
A.
Fennelly
,
Integr. Ferroelectr.
3
,
97
(
1993
).
You do not currently have access to this content.