氧空位对铪基铁电极化翻转性能影响和可靠性模型

氧空位缺陷已被证实会显著影响极化翻转，尤其是在基于氧化铪的铁电薄膜中。本研究基于COMSOL构建了一个物理模型，以从根本上更深入地理解Hf1-xZrxO2（HZO）薄膜中各类氧空位动态及其对铁电响应的影响。具体而言，在电场循环过程中，氧空位的动态产生、漂移与扩散会共同改变P–E回线，从而阐明“唤醒”阶段铁电性能增强、以及随后“疲劳”阶段性能退化的内在机制。唤醒期间，氧空位生成导致的2Pr增大与氧空位迁移引起的“捏合”打开同步发生；而当高浓度氧空位聚集后，其不再贡献2Pr，反而劣化铁电性能。这两种竞争效应最终促使薄膜从铁电稳定阶段过渡到疲劳阶段。主要记录了外加电场循环下氧空位浓度分布的变化情况，数据量738MB。