Characterization of the interface electronic structure of ultra-thin ferroelectric HfxZr1-xO2 films for low power, CMOS-compatible, non-volatile memories
Caractérisation de la structure électronique d'interface des couches ultra-minces ferroélectriques HfxZr1-xO2 pour des mémoires non-volatiles à basse consommation d'énergie, CMOS-compatibles
Résumé
Within the framework of the European H2020 3εFERRO project, coordinated by the CEA, we have used new HfO₂-based ferroelectric materials to develop a competitive and versatile FRAM technology for embedded non-volatile memory applications. The formation of an interface layer between the ferroelectric and the electrode is of paramount importance in the ultimate performance of the devices and represents a major challenge in engineering these new systems. We have therefore used advanced characterization techniques, mainly photoemission spectroscopy techniques using soft and hard synchrotron X-rays, to describe the interface with different electrodes as well as the effect of doping, annealing and cycling and their consequences on band alignment and oxygen vacancy concentration. The results of the chemistry and the electronic structure led to a better understanding of the influence of defects and interfaces on the ferroelectric response allowing the optimization of the performance of different prototype devices.
Dans le cadre du projet européen H2020 3εFERRO, coordonné par le CEA, nous avons utilisé de nouveaux matériaux ferroélectriques à base de HfO₂, pour développer une technologie FRAM compétitive et versatile pour des applications de mémoires non-volatiles embarquées. La formation d’une couche d’interface entre le ferroélectrique et l’électrode est d’une importance capitale dans la performance ultime des dispositifs et représente un défi majeur pour l’ingénierie de ces nouveaux systèmes. Nous avons donc utilisé des techniques de caractérisation avancées, principalement la photoémission avec des rayons X tendres et durs du rayonnement synchrotron, pour décrire l’interface avec différentes électrodes ainsi que l’effet de dopage, du recuit et du cyclage et leurs conséquences sur l’alignement des bandes et la concentration de lacunes d’oxygène. Les résultats des études sur la chimie et la structure électronique ont conduit à une meilleure compréhension de l’influence des défauts et des interfaces sur la réponse ferroélectrique permettant ainsi l’optimisation des performances de différents dispositifs.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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