一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法及系统，属于微纳米电子技术领域，包括：S1、对铪基铁电薄膜进行加热升温；S2、向铪基铁电薄膜施加具有若干个周期的脉冲电压；S3、将铪基铁电薄膜降温至初始温度。本发明专利技术通过热再唤醒的操作，产生了一定量的氧空位，将非极化相转变为了极化相，能够以较低的成本、较为简单的操作，使得铪基铁电薄膜的极化值有较大的提升，大大提高了铪基铁电器件的性能。除此之外，本发明专利技术可以根据升高温度的不同进行多次极化的提升，大大提高了铪基铁电薄膜使用的灵活性，满足集成阵列中对具备高极化值铪基薄膜的需求。化值铪基薄膜的需求。化值铪基薄膜的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法及系统


[0001]本专利技术属于微纳米电子
，更具体地，涉及一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法及系统。

技术介绍

[0002]进入21世纪以来，大数据、物联网、云计算等技术的快速发展，人类社会所产生的数据面临爆发式地增长。信息技术不断向着速度更快、密度更高、功耗更低的方向发展。随着摩尔定律接近极限，一系列例如量子效应、随机涨落等可靠性问题逐渐凸显，平面CMOS工艺似乎已经无法再延续摩尔定律。不断增加的集成规模对存储器提出了新的挑战，这对材料、器件、电路和集成工艺提出新的要求。其中，铪基铁电存储技术因其具有较为成熟的材料体系，制备工艺简单，与CMOS兼容性好，满足尺寸微缩要求，器件可靠性高，在功耗和可靠性方面具有优势等特点，得到业内的普遍认可。
[0003]对于铪基铁电材料，极化值大小是铁电性的最关键的性能指标之一。当铪基铁电材料进行器件集成时，极化在器件中起着决定性的作用。较好的极化窗口可以为存储阵列外围电路的设计提供更大的裕度，在存算一体应用中尤为重要。但是提高铪基铁电材料的极化值通常采用改进工艺的方法，并使得制备工艺逐渐脱离CMOS兼容路线，不断攀升的工艺成本往往只能带来微小的性能提升。由于目前有关掺杂铪基薄膜的铁电性机制尚未明确，在工艺上有较大突破的难度日渐提升，因此，亟需一种非工艺、低成本且操作简单方法，使得铪基铁电薄膜的极化值有较大的提升。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法，其目的在于，以较低的成本、较为简单的操作，使得铪基铁电薄膜的极化值有较大的提升。
[0005]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法，包括以下步骤：S1、对铪基铁电薄膜进行加热升温；S2、向铪基铁电薄膜施加具有若干个周期的脉冲电压；S3、将铪基铁电薄膜降温至初始温度。
[0006]进一步优选地，步骤S1包括：对铪基铁电薄膜进行加热升温，使其与初始态温差为25~225℃。
[0007]进一步优选地，脉冲电压的周期个数为1~10000。
[0008]进一步优选地，上述电压脉冲的幅值为1~5V，频率为0.1~10 kHz。
[0009]进一步优选地，上述电压脉冲为三角波脉冲、方波脉冲或梯形波脉冲。
[0010]进一步优选地，铪基铁电薄膜的材料包括：Hf元素和O元素与Zr、Si、Y、La、As、Al、Gd、Sr、P、B、Zn、V、Mo、Ga和Ge中的一种或多种元素所构成的化合物。
[0011]第二方面，本专利技术提供了一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作系统，包括：升温模块，用于对铪基铁电薄膜进行加热升温；脉冲操作模块，用于向铪基铁电薄膜施加具有若干个周期的脉冲电压；降温模块，用于将铪基铁电薄膜降温至初始温度。
[0012]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供了一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法，通过热再唤醒的操作，产生了一定量的氧空位，将非极化相转变为了极化相，能够以较低的成本、较为简单的操作，使得铪基铁电薄膜的极化值有较大的提升，大大提高了铪基铁电器件的性能。
[0013]2、本专利技术所提供的增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法灵活性较高，可以根据升高温度的不同进行多次极化的提升，大大提高了铪基铁电薄膜使用的灵活性，满足集成阵列中对具备高极化值铪基薄膜的需求。
附图说明
[0014]图1为本专利技术提供的增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法流程图。
[0015]图2为本专利技术实施例1提供的当铪基铁电薄膜的不同升温分别为25℃、50℃、75℃、100℃、125℃、150℃、175℃、200℃、225℃时，铪基铁电薄膜在降温后的极化值结果示意图。
[0016]图3为本专利技术实施例1提供的增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法的流程波形图。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0018]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法，如图1所示，包括以下步骤：S1、对铪基铁电薄膜进行加热升温；在一种可选实施方式下，对铪基铁电薄膜进行加热升温，对铪基铁电薄膜进行加热升温，使其与初始态温差为25~225℃。
[0019]S2、向铪基铁电薄膜施加具有若干个周期的脉冲电压；具体地，上述电压脉冲可以为三角波脉冲、方波脉冲或梯形波脉冲。在一种可选实施方式下，步骤S2包括：脉冲电压的周期个数为1~10000，幅值为1~5V，频率为0.1~10 kHz。
[0020]S3、将铪基铁电薄膜降温至初始温度。
[0021]需要说明的是，铪基铁电薄膜的材料包括：Hf元素和O元素与Zr、Si、Y、La、As、Al、Gd、Sr、P、B、Zn、V、Mo、Ga和Ge中的一种或多种元素所构成的化合物。
[0022]具体地，为了说明本专利技术所提供的增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法的性能，下面结合具体实施例进行详述：实施例1本实施例中的铪基铁电薄膜材料为Zr掺杂的HfO2，在进行热再唤醒操作之前，首
先读取铪基铁电薄膜初始的极化强度值；具体地，本实施例使用PUND读取铪基铁电薄膜初始的极化强度值。实现时，PUND为幅值为2V，频率为1kHz的三角波脉冲。
[0023]然后对上述铪基铁电薄膜进行热再唤醒操作，包括：1）对铪基铁电薄膜进行加热升温，使其温度升高25~225℃。
[0024]2）使用1000个周期的1kHz的2V脉冲电压对铪基薄膜进行操作；本实施例中，脉冲方波幅值为2V。
[0025]3）对铪基铁电薄膜进行降温，使其温度降至初始温度。
[0026]最后再次读取铪基铁电薄膜降温后的极化强度值；具体地，当铪基铁电薄膜的升温分别为25℃、50℃、75℃、100℃、125℃、150℃、175℃、200℃、225℃时，铪基铁电薄膜在降温后的极化值结果如图2所示。从图中可以看出，随着加热过程中温度的升高，极化强度值也随之增大，明显高于进行热再唤醒操作之前的铪基铁电薄膜的极化值。
[0027]整个过程的操作电压波形示意图如图3所示。
[0028]实施例2本实施例与实施例1的操作过程相同，不同之处在于，本实施例中的铪基铁电薄膜材料为La掺杂的HfO2；在进行热再唤醒操作之前，首先读取铪基铁电薄膜初始的极化强度值，然后对上述铪基铁电薄膜进行热再唤醒操作的方法，包括：1）对铪基铁电薄膜进行加热升温，使其温度升高ΔT；本实施例中，ΔT分别为25℃、50℃、75℃、100℃、125℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强铪基铁电薄膜极化的热再唤醒操作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对铪基铁电薄膜进行加热升温；S2、向所述铪基铁电薄膜施加具有若干个周期的脉冲电压；S3、将所述铪基铁电薄膜降温至初始温度。2.根据权利要求1所述的热再唤醒操作方法，其特征在于，所述步骤S1包括：对铪基铁电薄膜进行加热升温，使其与初始态温差为25~225℃。3.根据权利要求1所述的热再唤醒操作方法，其特征在于，所述脉冲电压的周期个数为1~10000。4.根据权利要求1所述的热再唤醒操作方法，其特征在于，所述电压脉冲的幅值为1~5V，频率为0.1~10 kHz。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：王兴晟，张子冲，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：