Polycrystalline Bi3TaTiO9 (BTTO) thin films of layered perovskite ferroelectric materials were deposited on a Pt/Ta/glass substrate via a pulsed laser deposition (PLD) method using two different PLD deposition rates of 0.03 and 0.5 nm/pulse under the same substrate temperature conditions. The BTTO thin film grown by the low PLD deposition rate exhibited a highly a-oriented crystal structure, which was confirmed by X-ray diffraction experiments. The crystallinity of the a-oriented film caused an improvement in the ferroelectric polarization and piezoelectric coefficients; at the same time, the leakage current characteristics were slightly deteriorated. Ferroelectric field effect transistors (FeFETs), made of monolayer MoS2 channels and BTTO thin films as a gate dielectric layer, exhibited clearly different memory windows as a nonvolatile memory. In addition, the reliability of the FeFETs was confirmed by fatigue tests up to 1012 switching cycles and retention tests up to 106 s.

1.
J. S.
Meena
,
S. M.
Sze
,
U.
Chand
, and
T.-Y.
Tseng
,
Nanoscale Res. Lett.
9
,
526
(
2014
).
2.
S.
Pookpanratana
,
H.
Zhu
,
E. G.
Bittle
,
S. N.
Natoli
,
T.
Ren
,
C. A.
Richter
,
Q.
Li
, and
C. A.
Hacker
,
J. Phys.: Condens. Matter
28
,
094009
(
2016
).
3.
Y.
Arimoto
and
H.
Ishiwara
,
MRS Bull.
29
,
823
(
2004
).
4.
H.
Akinaga
and
H.
Shima
,
Proc. IEEE
98
,
2237
(
2010
).
5.
W. H.
Kim
,
C. S.
Park
, and
J. Y.
Son
,
Carbon
79
,
388
(
2014
).
6.
R.
Ramesh
,
S.
Aggarwal
, and
O.
Auciello
,
Mater. Sci. Eng., R
32
,
191
(
2001
).
7.
H.
Ishiwara
,
J. Nanosci. Nanotechnol.
12
,
7619
(
2012
).
8.
P.
Muralt
,
IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control
47
,
903
(
2000
).
9.
C. H.
Ahn
,
K. M.
Rabe
, and
J.-M.
Triscone
,
Science
303
,
488
(
2004
).
10.
S.
Song
,
H. M.
Jang
,
N. S.
Lee
,
J. Y.
Son
,
R.
Gupta
,
A.
Garg
,
J.
Ratanapreechachai
, and
J. F.
Scott
,
NPG Asia Mater.
8
,
e242
(
2016
).
11.
M. D.
Maeder
,
D.
Damjanovic
, and
N.
Setter
,
J. Electroceram.
13
,
385
(
2004
).
13.
J.
Rödel
,
W.
Jo
,
K. T. P.
Seifert
,
E.-M.
Anton
,
T.
Granzow
, and
D.
Damjanovic
,
J. Am. Ceram. Soc.
92
,
1153
(
2009
).
14.
W.-H.
Kim
and
J. Y.
Son
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
132907
(
2013
).
15.
K.
Amanuma
,
T.
Hase
, and
Y.
Miyasaka
,
Appl. Phys. Lett.
66
,
221
(
1995
).
16.
J.-K.
Lee
,
C.-H.
Kim
,
H.-S.
Suh
, and
K.-S.
Hong
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
3593
(
2002
).
17.
U.
Chon
,
H. M.
Jang
,
M. G.
Kim
, and
C. H.
Chang
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
087601
(
2002
).
18.
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
).
19.
P.
Sharma
,
J.
Zhang
,
K.
Ni
, and
S.
Datta
,
IEEE Electron Device Lett.
39
,
272
(
2018
).
20.
T. S.
Böscke
,
J.
Müller
,
D.
Bräuhaus
,
U.
Schröder
, and
U.
Böttger
, Paper presented at
2011 International Electron Devices Meeting
(
2011
).
21.
H.
Mulaosmanovic
,
S.
Slesazeck
,
J.
Ocker
,
M.
Pesic
,
S.
Muller
,
S.
Flachowsky
,
J.
Müller
,
P.
Polakowski
,
J.
Paul
,
S.
Jansen
,
S.
Kolodinski
,
C.
Richter
,
S.
Piontek
,
T.
Schenk
,
A.
Kersch
,
C.
Kunneth
,
R. v
Bentum
,
U.
Schroder
, and
T.
Mikolajick
, Paper presented at
2015 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)
(
2015
).
22.
T.
Ali
,
P.
Polakowski
,
S.
Riedel
,
T.
Büttner
,
T.
Kämpfe
,
M.
Rudolph
,
B.
Pätzold
,
K.
Seidel
,
D.
Löhr
,
R.
Hoffmann
,
M.
Czernohorsky
,
K.
Kühnel
,
X.
Thrun
,
N.
Hanisch
,
P.
Steinke
,
J.
Calvo
, and
J.
Müller
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
222903
(
2018
).
24.
F.
Schwierz
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
487
(
2010
).
25.
K. F.
Mak
,
C.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
136805
(
2010
).
26.
R.
Ganatra
and
Q.
Zhang
,
ACS Nano
8
,
4074
(
2014
).
27.
H. N.
Lee
,
S.
Senz
,
N. D.
Zakharov
,
C.
Harnagea
,
A.
Pignolet
,
D.
Hesse
, and
U.
Gösele
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
3260
(
2000
).
28.
X. L.
Zhong
,
J. B.
Wang
,
X. J.
Zheng
,
Y. C.
Zhou
, and
G. W.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
5661
(
2004
).
29.
W.-H.
Kim
and
J. Y.
Son
,
Electron. Mater. Lett.
10
,
107
(
2014
).
30.
A. B.
Missyul'
,
E. M.
Khairullina
, and
I. A.
Zvereva
,
Glass Phys. Chem.
36
,
247
(
2010
).
31.
Y.
Sun
,
Z.
Li
,
H.
Zhang
,
C.
Yu
,
G.
Viola
,
S.
Fu
,
V.
Koval
, and
H.
Yan
,
Mater. Lett.
175
,
79
(
2016
).
32.
Z.
Zhong
and
H.
Ishiwara
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
112902
(
2009
).
33.
S.
Farokhipoor
and
B.
Noheda
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
127601
(
2011
).
34.
D.
Wu
,
A.
Li
,
T.
Zhu
,
Z.
Li
,
Z.
Liu
, and
N.
Ming
,
J. Mater. Res.
16
,
1325
(
2001
).
35.
G.
Catalan
,
H.
Béa
,
S.
Fusil
,
M.
Bibes
,
P.
Paruch
,
A.
Barthélémy
, and
J. F.
Scott
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
027602
(
2008
).
36.
W. Y.
Shih
,
W.-H.
Shih
, and
I. A.
Aksay
,
Phys. Rev. B
50
,
15575
(
1994
).
37.
W.
Cao
and
C. A.
Randall
,
J. Phys. Chem. Solids
57
,
1499
(
1996
).
38.
A.
Di Bartolomeo
,
L.
Genovese
,
F.
Giubileo
,
L.
Iemmo
,
G.
Luongo
,
T.
Foller
, and
M.
Schleberger
,
2D Mater.
5
,
015014
(
2018
).
39.
R.
Chen
,
Q.
Liu
,
J.
Liu
,
X.
Zhao
,
L.
He
,
J.
Wang
,
W.
Li
,
X.
Xiao
, and
C.
Jiang
,
2D Mater.
6
,
034002
(
2019
).
40.
H.
Li
,
Q.
Zhang
,
C. C. R.
Yap
,
B. K.
Tay
,
T. H. T.
Edwin
,
A.
Olivier
, and
D.
Baillargeat
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
1385
(
2012
).
41.
M.
Grossmann
,
O.
Lohse
,
D.
Bolten
,
U.
Boettger
,
T.
Schneller
, and
R.
Waser
,
J. Appl. Phys.
92
,
2680
(
2002
).
42.
Z.
Ye
,
M. H.
Tang
,
Y. C.
Zhou
,
X. J.
Zheng
,
C. P.
Cheng
,
Z. S.
Hu
, and
H. P.
Hu
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
042902
(
2007
).
43.
S.-L.
Li
,
K.
Wakabayashi
,
Y.
Xu
,
S.
Nakaharai
,
K.
Komatsu
,
W.-W.
Li
,
Y.-F.
Lin
,
A.
Aparecido-Ferreira
, and
K.
Tsukagoshi
,
Nano Lett.
13
,
3546
(
2013
).
44.
J.
Kang
,
W.
Liu
, and
K.
Banerjee
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
093106
(
2014
).
45.
H.
Mulaosmanovic
,
J.
Ocker
,
S.
Müller
,
U.
Schroeder
,
J.
Müller
,
P.
Polakowski
,
S.
Flachowsky
,
R.
van Bentum
,
T.
Mikolajick
, and
S.
Slesazeck
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
,
3792
(
2017
).
46.
K.
Florent
,
S.
Lavizzari
,
M.
Popovici
,
L. D.
Piazza
,
U.
Celano
,
G.
Groeseneken
, and
J. V.
Houdt
,
J. Appl. Phys.
121
,
204103
(
2017
).
47.
H.
Mulaosmanovic
,
S.
Slesazeck
,
J.
Ocker
,
M.
Pesic
,
S.
Muller
,
S.
Flachowsky
,
J.
Muller
,
P.
Polakowski
,
J.
Paul
,
S.
Jansen
,
S.
Kolodinski
,
C.
Richter
,
S.
Piontek
,
T.
Schenk
,
A.
Kersch
,
C.
Kunneth
,
R.
Van Bentum
,
U.
Schroder
, and
T.
Mikolajick
, Paper presented at
Technical Digest-International Electron Devices Meeting, IEDM
(
2015
).
You do not currently have access to this content.