Ferroelectricity has been demonstrated in polycrystalline 7%Y-doped HfO2 (YHO7) films with thicknesses ranging from 10 to 930 nm, which were grown on (111)Pt/TiOx/SiO2/(001)Si substrates by pulsed laser deposition at room temperature and subsequent annealing at 1000 °C. The X-ray diffraction pattern suggested that the major crystal phase consists of orthorhombic/tetragonal phases with a small amount of monoclinic phase even for the 930-nm-thick film despite its thickness. Moreover, the hysteresis loops associated with the ferroelectric orthorhombic phase were clearly observed for all samples including even the 930-nm-thick film. The remnant polarization (Pr) and the coercive field (Ec) are 14–17 μC/cm2 and 1300–1600 kV/cm, respectively, at max applied electric fields of ∼4000 kV/cm for all YHO7 films within the present study. These results indicate that the ferroelectric structure and properties of YHO7 films are insensitive to the film thickness.

1.
J. H.
Choi
,
Y.
Mao
, and
J. P.
Chang
,
Mater. Sci. Eng., R
72
,
97
(
2011
).
2.
T. S.
Böscke
,
J.
Müller
,
D.
Bräuhaus
,
U.
Schröder
, and
U.
Böttger
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
102903
(
2011
).
3.
J.
Müller
,
T. S.
Böscke
,
D.
Bräuhaus
,
U.
Schröder
,
U.
Böttger
,
J.
Sundqvist
,
P.
Kcher
,
T.
Mikolajick
, and
L.
Frey
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
112901
(
2011
).
4.
X.
Sang
,
E. D.
Grimley
,
T.
Schenk
,
U.
Schroeder
, and
J. M.
Lebeau
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
162905
(
2015
).
5.
T.
Shimizu
,
K.
Katayama
,
T.
Kiguchi
,
A.
Akama
,
T. J.
Konno
, and
H.
Funakubo
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
032910
(
2015
).
6.
T. D.
Huan
,
V.
Sharma
,
G. A.
Rossetti
, and
R.
Ramprasad
,
Phys. Rev. B
90
,
064111
(
2014
).
7.
O.
Ohtaka
,
H.
Fukui
,
T.
Kunisada
,
T.
Fujisawa
,
K.
Funakoshi
,
W.
Utsumi
,
T.
Irifune
,
K.
Kuroda
, and
T.
Kikegawa
,
J. Am. Ceram. Soc.
84
,
1369
(
2001
).
8.
T.
Shimizu
,
T.
Yokouchi
,
T.
Shiraishi
,
T.
Oikawa
,
P. S. S. R.
Krishnan
, and
H.
Funakubo
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
53
,
09PA04
(
2014
).
9.
E.
Yurchuk
,
J.
Müller
,
S.
Knebel
,
J.
Sundqvist
,
A. P.
Graham
,
T.
Melde
,
U.
Schröder
, and
T.
Mikolajick
,
Thin Solid Films
533
,
88
(
2013
).
10.
S.
Migita
,
H.
Ota
,
K.
Shibuya
,
H.
Yamada
,
A.
Sawa
,
T.
Matsukawa
, and
A.
Toriumi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
58
,
SBBA07
(
2019
).
11.
S.
Mueller
,
C.
Adelmann
,
A.
Singh
,
S.
Van Elshocht
,
U.
Schroeder
, and
T.
Mikolajick
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
1
,
N123–N126
(
2012
).
12.
J.
Müller
,
T. S.
Boscke
,
U.
Schroder
,
S.
Mueller
,
D.
Brauhaus
,
U.
Bottger
,
L.
Frey
, and
T.
Mikolajick
,
Nano Lett.
12
,
4318
(
2012
).
13.
M.
Hoffmann
,
U.
Schroeder
,
T.
Schenk
,
T.
Shimizu
,
H.
Funakubo
,
O.
Sakata
,
D.
Pohl
,
M.
Drescher
,
R.
Materlik
,
A.
Kersch
,
T.
Mikolajick
,
M.
Hoffmann
,
U.
Schroeder
,
T.
Schenk
,
T.
Shimizu
,
H.
Funakubo
, and
O.
Sakata
,
Jpn. J. Appl. Phys.
118
,
072006
(
2015
).
14.
U.
Schroeder
,
E.
Yurchuk
,
J.
Müller
,
D.
Martin
,
T.
Schenk
,
P.
Polakowski
,
C.
Adelmann
,
M. I.
Popovici
,
S. V.
Kalinin
, and
T.
Mikolajick
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
53
,
08LE02
(
2014
).
15.
R.
Batra
,
T. D.
Huan
,
G. A.
Rossetti
, and
R.
Ramprasad
,
Chem. Mater.
29
,
9102
(
2017
).
16.
M.
Hyuk Park
,
H.
Joon Kim
,
Y.
Jin Kim
,
W.
Lee
,
T.
Moon
, and
C.
Seong Hwang
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
242905
(
2013
).
17.
S.
Migita
,
H.
Ota
,
H.
Yamada
,
K.
Shibuya
,
A.
Sawa
, and
A.
Toriumi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
57
,
04FB01
(
2018
).
18.
A.
Pal
,
V. K.
Narasimhan
,
S.
Weeks
,
K.
Littau
,
D.
Pramanik
, and
T.
Chiang
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
022903
(
2017
).
19.
P.
Polakowski
and
J.
Müller
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
232905
(
2015
).
20.
M. H.
Park
,
Y. H.
Lee
,
H. J.
Kim
,
T.
Schenk
,
W.
Lee
,
K.
Do Kim
,
F. P. G.
Fengler
,
T.
Mikolajick
,
U.
Schroeder
, and
C. S.
Hwang
,
Nanoscale
9
,
9973
(
2017
).
21.
R.
Materlik
,
C.
Künneth
, and
A.
Kersch
,
J. Appl. Phys.
117
,
134109
(
2015
).
22.
R.
Batra
,
T. D.
Huan
, and
R.
Ramprasad
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
172902
(
2016
).
23.
S.
Starschich
,
T.
Schenk
,
U.
Schroeder
, and
U.
Boettger
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
182905
(
2017
).
24.
M. H.
Park
,
C.
Chung
,
T.
Schenk
,
C.
Richter
,
K.
Opsomer
,
C.
Detavernier
,
C.
Adelmann
,
J. L.
Jones
,
T.
Mikolajick
, and
U.
Schroeder
,
Adv. Electron. Mater.
4
,
1800091
(
2018
).
25.
S. W.
Depner
,
N. D.
Cultrara
,
K. E.
Farley
,
Y.
Qin
, and
S.
Banerjee
,
ACS Nano
8
,
4678
(
2014
).
26.
T.
Mimura
,
T.
Shimizu
,
T.
Kiguchi
,
A.
Akama
,
T. J.
Konno
,
Y.
Katsuya
,
O.
Sakata
, and
H.
Funakubo
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
58
,
SBBB09
(
2019
).
27.
T.
Mimura
,
T.
Shimizu
,
H.
Uchida
,
O.
Sakata
, and
H.
Funakubo
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
102901
(
2018
).
28.
J. F.
Scott
,
J. Phys.: Condens. Matter
18
,
R361
(
2006
).
29.
M.
Dawber
,
P.
Chandra
,
P. B.
Littlewood
, and
J. F.
Scott
,
J. Phys. Condens. Mattter
15
,
L393
(
2003
).
30.
P.
Chandra
,
M.
Dawber
,
P. B.
Littlewood
, and
J. F.
Scott
,
Ferroelectrics
313
,
7
(
2004
).
31.
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
).
32.
J.
Lyu
,
I.
Fina
,
R.
Solanas
,
J.
Fontcuberta
, and
F.
Sa
,
ACS Appl. Electron. Mater.
1
,
220
(
2019
).
33.
S.
Starschich
,
D.
Griesche
,
T.
Schneller
,
R.
Waser
, and
U.
Böttger
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
202903
(
2014
).
34.
S.
Starschich
,
D.
Griesche
,
T.
Schneller
, and
U.
Böttger
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
4
,
P419
(
2015
).
35.
A. V.
Shevchenko
,
L. M.
Lopato
,
V. D.
Tkachenko
, and
A. K.
Ruban
,
Izv. Akad. Nauk SSSR, Neorg. Mater.
23
,
259
(
1987
).
36.
F. M.
Spiridonov
,
L. N.
Komissarova
,
A. G.
Kocharov
, and
V. I.
Spitsyn
,
Russ. J. Inorg. Chem.
14
,
1332
(
1969
).
37.
M.
Yashima
,
H.
Takahashi
,
K.
Ohtake
,
T.
Hirose
,
M.
Kakihana
,
H.
Arashi
,
Y.
Ikuma
,
Y.
Suzuki
, and
M.
Yoshimura
,
J. Phys. Chem. Solids
57
,
289
(
1996
).
You do not currently have access to this content.