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基于HfO₂氧化物的可调谐铁电性能：铝掺杂与底电极的作用
Tunable Ferroelectric Properties of HfO₂-Based Oxides: Role of Aluminum Doping and Bottom Electrodes
| 作者 | Changhyeon Han · Ki Ryun Kwon · Soi Jeong · Been Kwak · Jiyong Yim · Eun Chan Park |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 铝浓度 底电极 HfₓZr₁₋ₓO₂材料 氧空位 铁电器件 |
语言:
中文摘要
研究了Al掺杂浓度及不同底电极对HfxZr₁₋ₓO₂（HZO）材料结晶性、铁电性、储能密度（ESD）和氧缺陷的影响。结果表明，这些性能变化与氧空位（VO）形成及四方相（t相）的稳定密切相关。较高Al浓度有助于增强t相稳定性，抑制向正交相（o相）转变，且该效应与底电极结构协同作用，显著调控HZO材料性能。研究为通过精确调控掺杂浓度与电极材料优化铁电器件提供了重要依据。
English Abstract
We investigate the impact of Al concentrations and different bottom electrodes on the crystallinity, ferroelectricity, energy storage density (ESD), and oxygen defects in HfxZr _1-{x} O2 (HZO) materials. Our results reveal that these variations are strongly linked to oxygen vacancy (VO) formation and the stabilization of the tetragonal (t) phase. Higher Al concentrations enhance t-phase stability, suppressing the transition to the orthorhombic (o) phase. This effect, coupled with the bottom electrode configuration, plays a critical role in shaping the properties of HZO. These findings provide valuable guidelines for optimizing ferroelectric (FE) devices through precise control of doping levels and electrode materials.
S
SunView 深度解读
该HfO₂基铁电材料研究对阳光电源储能系统具有前瞻性应用价值。铁电材料的高储能密度特性可应用于ST系列储能变流器和PowerTitan系统的直流侧电容优化，通过Al掺杂调控实现更高能量密度和温度稳定性。氧空位调控机制为功率模块中SiC/GaN器件的栅极介质层优化提供理论依据，可提升器件开关特性和可靠性。底电极协同效应的研究启发阳光电源在三电平拓扑中优化电极材料选择，降低开关损耗。该技术路径可推动储能系统小型化、高功率密度化发展，并为车载OBC等产品的薄膜电容技术升级提供材料科学支撑。