For thin film devices based on coupling ferroelectric polarization to charge carriers in semiconductors, the role of the interface is critical. To elucidate this role, we use synchrotron x-ray diffraction to determine the interface structure of epitaxial grown on the (001) surface of Si. The average displacement of the O octahedral sublattice relative to the Sr sublattice determines the film polarization and is measured to be about 0.05 nm toward the Si, with Ti off-center displacements 0.009 nm away from the substrate. Measurements of films with different boundary conditions on the top of the show that the polarization at the interface is dominated by oxide-Si chemical interactions.
REFERENCES
1.
R. A.
McKee
, F. J.
Walker
, and M. F.
Chisholm
, Phys. Rev. Lett.
81
, 3014
(1998
).2.
Z.
Yu
, J.
Ramdani
, J. A.
Curless
, J. M.
Finder
, C. D.
Overgaard
, R.
Droopad
, K. W.
Eisenbeiser
, J. A.
Hallmark
, W. J.
Ooms
, J. R.
Conner
, and V. S.
Kaushik
, J. Vac. Sci. Technol. B
18
, 1653
(2000
).3.
F. J.
Walker
and R. A.
McKee
, High Dielectric Constant Materials—VLSI MOSFET Applications
, Springer Series in Advanced Microelectronics
Vol. 16
(Springer
, Berlin
, 2005
), pp. 607
–636
.4.
A. B.
Posadas
, M.
Lippmaa
, F. J.
Walker
, M.
Dawber
, C. H.
Ahn
, and J.
Triscone
, Top. Appl. Phys.
105
, 219
(2007
).5.
S.
Mi
, C.
Jia
, V.
Vaithyanathan
, L.
Houben
, J.
Schubert
, D. G.
Schlom
, and K.
Urban
, Appl. Phys. Lett.
93
, 101913
(2008
).6.
J. W.
Reiner
, A.
Posadas
, M.
Wang
, M.
Sidorov
, Z.
Krivokapic
, F. J.
Walker
, T. P.
Ma
, and C. H.
Ahn
, J. Appl. Phys.
105
, 124501
(2009
).7.
A.
Antons
, J. B.
Neaton
, K. M.
Rabe
, and D.
Vanderbilt
, Phys. Rev. B
71
, 024102
(2005
).8.
M. P.
Warusawithana
, C.
Cen
, C. R.
Sleasman
, J. C.
Woicik
, Y.
Li
, L. F.
Kourkoutis
, J. A.
Klug
, H.
Li
, P.
Ryan
, L.
Wang
, M.
Bedzyk
, D. A.
Muller
, L.
Chen
, J.
Levy
, and D. G.
Schlom
, Science
324
, 367
(2009
).9.
H. W.
Jang
, A.
Kumar
, S.
Denev
, M. D.
Biegalski
, P.
Maksymovych
, C. W.
Bark
, C. T.
Nelson
, C. M.
Folkman
, S. H.
Baek
, N.
Balke
, C. M.
Brooks
, D. A.
Tenne
, D. G.
Schlom
, L. Q.
Chen
, X. Q.
Pan
, S. V.
Kalinin
, V.
Gopalan
, and C. B.
Eom
, Phys. Rev. Lett.
104
, 197601
(2010
).10.
X.
Zhang
, A. A.
Demkov
, H.
Li
, X.
Hu
, Y.
Wei
, and J.
Kulik
, Phys. Rev. B
68
, 125323
(2003
).11.
F. S.
Aguirre-Tostado
, A.
Herrera-Gomez
, J. C.
Woicik
, R.
Droopad
, Z.
Yu
, D. G.
Schlom
, P.
Zschack
, E.
Karapetrova
, P.
Pianetta
, and C. S.
Hellberg
, Phys. Rev. B
70
, 201403
(2004
).12.
D.
Su
, B.
Yang
, N.
Jiang
, M.
Sawicki
, C.
Broadbridge
, M.
Couillard
, J. W.
Reiner
, F. J.
Walker
, C. H.
Ahn
, and Y.
Zhu
, Appl. Phys. Lett.
96
, 121914
(2010
).13.
J. C.
Woicik
, E. L.
Shirley
, C. S.
Hellberg
, K. E.
Andersen
, S.
Sambasivan
, D. A.
Fischer
, B. D.
Chapman
, E. A.
Stern
, P.
Ryan
, D. L.
Ederer
, and H.
Li
, Phys. Rev. B
75
, 140103
(2007
).14.
R. A.
McKee
, F. J.
Walker
, and M. F.
Chisholm
, Science
293
, 468
(2001
).15.
J. C.
Woicik
, H.
Li
, P.
Zschack
, E.
Karapetrova
, P.
Ryan
, C. R.
Ashman
, and C. S.
Hellberg
, Phys. Rev. B
73
, 024112
(2006
).16.
R. V.
Wang
, D. D.
Fong
, F.
Jiang
, M. J.
Highland
, P. H.
Fuoss
, C.
Thompson
, A. M.
Kolpak
, J. A.
Eastman
, S. K.
Streiffer
, A. M.
Rappe
, and G. B.
Stephenson
, Phys. Rev. Lett.
102
, 047601
(2009
).17.
J. W.
Reiner
, A. M.
Kolpak
, Y.
Segal
, K. F.
Garrity
, S.
Ismail-Beigi
, C. H.
Ahn
, and F. J.
Walker
, Adv. Mater.
22
, 2919
(2010
).18.
J. W.
Reiner
, K. F.
Garrity
, F. J.
Walker
, S.
Ismail-Beigi
, and C. H.
Ahn
, Phys. Rev. Lett.
101
, 105503
(2008
).19.
I. K.
Robinson
and D. J.
Tweet
, Rep. Prog. Phys.
55
, 599
(1992
).20.
E. D.
Specht
and F. J.
Walker
, J. Appl. Crystallogr.
26
, 166
(1993
).21.
Y.
Segal
, J. W.
Reiner
, Z.
Zhang
, C. H.
Ahn
, and F. J.
Walker
, J. Vac. Sci. Technol. B
28
, C5B1
(2010
).22.
Y.
Yacoby
, M.
Sowwan
, E.
Stern
, J. O.
Cross
, D.
Brewe
, R.
Pindak
, J.
Pitney
, E. M.
Dufresne
, and R.
Clarke
, Nature Mater.
1
, 99
(2002
).23.
M.
Björck
and G.
Andersson
, J. Appl. Crystallogr.
40
, 1174
(2007
).24.
L. F.
Kourkoutis
, C. S.
Hellberg
, V.
Vaithyanathan
, H.
Li
, M. K.
Parker
, K. E.
Andersen
, D. G.
Schlom
, and D. A.
Muller
, Phys. Rev. Lett.
100
, 036101
(2008
).25.
B. C.
Frazer
, H. R.
Danner
, and R.
Pepinsky
, Phys. Rev.
100
, 745
(1955
).26.
A. M.
Kolpak
, F. J.
Walker
, J. W.
Reiner
, Y.
Segal
, D.
Su
, M. S.
Sawicki
, C. C.
Broadbridge
, Z.
Zhang
, Y.
Zhu
, C. H.
Ahn
, and S.
Ismail-Beigi
, Phys. Rev. Lett.
105
, 217601
(2010
).© 2010 American Institute of Physics.
2010
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.