本發(fā)明屬于半導體，具體涉及一種可控矯頑電場的hzo鐵電薄膜、鐵電電容器及其制備方法。

背景技術：

1、隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等高新技術的迅速發(fā)展，對微電子器件的性能、尺寸、集成度提出了更高要求，尤其是面對信息時代的海量數(shù)據(jù)，對信息的實時傳輸、存儲、處理帶來新挑戰(zhàn)。鐵電材料因其獨特的雙穩(wěn)態(tài)電極化特征以及抗輻照、低功耗、快響應速度等優(yōu)異的性能，對低功耗、高安全性和高容量存儲器的發(fā)展至關重要，近年來備受學術界和產(chǎn)業(yè)界的關注。

2、相比于傳統(tǒng)鈣鈦礦型鐵電材料，新型氧化鉿基鐵電薄膜不僅表現(xiàn)出反尺寸效應(即鐵電性能隨尺寸減小而增強)，而且與現(xiàn)有的si基標準cmos工藝完美兼容，并且獨特的微觀隔離帶結構保障了超快的極化響應速度，在下一代非易失性存儲器中展現(xiàn)出巨大的應用潛力。然而，與傳統(tǒng)鐵電材料相比，氧化鉿基鐵電薄膜的矯頑電場顯著偏高，這給實際應用帶來了多方面挑戰(zhàn)：首先，高矯頑電場意味著器件需要更高的工作電壓，容易引發(fā)擊穿失效現(xiàn)象；其次，長期在高電場下操作容易導致材料結構缺陷的積累，使漏電流迅速增加，從而降低器件的性能可靠性。

3、現(xiàn)有技術通過在氧化鉿基鐵電薄膜中進行常規(guī)的摻雜，雖然可以在一定程度上降低矯頑電場，但往往也會削弱極化強度。目前常用的zr摻雜氧化鉿基鐵電薄膜，在摻雜濃度為50％左右時表現(xiàn)出高的剩余極化強度，但其同時存在矯頑電場高的問題。因此，如何精準調控氧化鉿鐵電薄膜的矯頑電場，同時確保鐵電性能的穩(wěn)定性，已經(jīng)成為推動氧化鉿基鐵電存儲器走向大規(guī)模應用的關鍵科學與工程問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種可控矯頑電場的hzo鐵電薄膜、鐵電電容器及其制備方法。本發(fā)明要解決的技術問題通過以下技術方案實現(xiàn)：

2、本發(fā)明的第一方面提供了一種可控矯頑電場的hzo鐵電薄膜，所述hzo鐵電薄膜中具有至少一個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域；

3、每個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域的鎵離子注入量均為1.3×1014～5.2×1014ion/cm2。

4、在一個可實現(xiàn)的方式中，所述hzo鐵電薄膜中具有多個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域，且至少兩個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域的鎵離子注入量不同。

5、在一個可實現(xiàn)的方式中，所述每個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域的表面尺寸小于或等于1mm×1mm；

6、所述每個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域的深度等于所述hzo鐵電薄膜的厚度。

7、在一個可實現(xiàn)的方式中，所述hzo鐵電薄膜包括若干層依次交替的氧化鉿層和氧化鋯層。

8、本發(fā)明的第二方面提供了一種可控矯頑電場的hzo鐵電電容器，包括自下而上依次設置的襯底、第一電極層、本發(fā)明的第一方面提供的hzo鐵電薄膜和第二電極層。

9、在一個可實現(xiàn)的方式中，所述第二電極層包括若干個均勻分布在所述hzo鐵電薄膜上表面的子電極。

10、在一個可實現(xiàn)的方式中，所述第一電極層和所述第二電極層的材料包括：tin、tan、w中的一種。

11、本發(fā)明的第三方面提供了一種可控矯頑電場的hzo鐵電電容器的制備方法，包括以下步驟：

12、s1：在襯底的上表面制備第一電極層；

13、s2：在所述第一電極層的上表面制備hzo鐵電薄膜；

14、s3：利用微束鎵離子注入工藝，在hzo鐵電薄膜中進行微束鎵離子注入，形成若干個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域；其中，注入量為1.3×1014～5.2×1014ion/cm2，且至少兩個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域的鎵離子注入量不同；

15、s4：在所述hzo鐵電薄膜的上表面制備第二電極層。

16、在一個可實現(xiàn)的方式中，s2包括：

17、s201：在所述第一電極層的上表面依次沉積氧化鉿層和氧化鋯層；

18、s202：重復s201若干次，得到所述hzo鐵電薄膜。

19、在一個可實現(xiàn)的方式中，s4之后還包括步驟s5：

20、將s4得到的樣品放入快速退火爐內，在400～650℃的溫度下，進行快速熱退火。

21、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

22、本發(fā)明提供的一種可控矯頑電場的hzo鐵電薄膜，通過調節(jié)微束鎵離子注入?yún)^(qū)域中鎵離子注入量能夠精準調控hzo鐵電薄膜的矯頑電場，同時，能夠維持鐵電薄膜的高極化強度、結構均勻性和電學穩(wěn)定性。

技術特征：

1.一種可控矯頑電場的hzo鐵電薄膜，其特征在于，所述hzo鐵電薄膜中具有至少一個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種可控矯頑電場的hzo鐵電薄膜，其特征在于，所述hzo鐵電薄膜中具有多個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域，且至少兩個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域的鎵離子注入量不同。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種可控矯頑電場的hzo鐵電薄膜，其特征在于，所述每個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域的表面尺寸小于或等于1mm×1mm；

4.根據(jù)權利要求1所述的一種可控矯頑電場的hzo鐵電薄膜，其特征在于，所述hzo鐵電薄膜包括若干層依次交替的氧化鉿層和氧化鋯層。

5.一種可控矯頑電場的hzo鐵電電容器，其特征在于，包括自下而上依次設置的襯底、第一電極層、權利要求1～4任一項所述的hzo鐵電薄膜和第二電極層。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種可控矯頑電場的hzo鐵電電容器，其特征在于，所述第二電極層包括若干個均勻分布在所述hzo鐵電薄膜上表面的子電極。

7.根據(jù)權利要求5所述的一種可控矯頑電場的hzo鐵電電容器，其特征在于，所述第一電極層和所述第二電極層的材料包括：tin、tan、w中的一種。

8.一種可控矯頑電場的hzo鐵電電容器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權利要求8所述的一種可控矯頑電場的hzo鐵電電容器的制備方法，其特征在于，s2包括：

10.根據(jù)權利要求8所述的一種可控矯頑電場的hzo鐵電電容器的制備方法，其特征在于，s4之后還包括步驟s5：

技術總結
本發(fā)明涉及一種可控矯頑電場的HZO鐵電薄膜、鐵電電容器及其制備方法，所述HZO鐵電薄膜中具有至少一個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域；每個微束鎵離子注入?yún)^(qū)域的鎵離子注入量均為1.3×10<supgt;14</supgt;～5.2×10<supgt;14</supgt;ion/cm<supgt;2</supgt;。本發(fā)明提供的一種可控矯頑電場的HZO鐵電薄膜，通過調節(jié)微束鎵離子注入?yún)^(qū)域中鎵離子注入量能夠精準調控HZO鐵電薄膜的矯頑電場，同時，能夠維持鐵電薄膜的高極化強度、結構均勻性和電學穩(wěn)定性。并且，在HZO鐵電薄膜的不同區(qū)域進行不同注入量的鎵離子注入，能夠在不同區(qū)域表現(xiàn)出不同的矯頑電場，可應用于多值存儲器，大幅提高存儲密度。

技術研發(fā)人員：閆非,陳揚,曹可,廖佳佳,周益春,廖敏,張昌興
受保護的技術使用者：西安電子科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15