CN108588693A - 采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法及应用 - Google Patents

采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法及应用 Download PDF

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王雪霞
马晓倩
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Abstract

本发明属于微电子器件领域，公开了采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法及应用。以无机铪盐和无机钇盐为原料，采用全无机前驱体溶液法制备不同浓度钇掺杂的二氧化铪溶液；随后采用标准RCA工艺清洗基片以除去其表面的杂质污染，随后对基片进行预处理以增加基片表面的润湿性；然后在基片表面沉积钇掺杂二氧化铪薄膜；最后对薄膜进行预热处理及退火晶化，实现高对称性的正交相、四方相、立方相或其混合相在室温下的稳定，从而使薄膜具有初始本征的或可在外场诱导下产生的铁电性质。本发明原料价廉成本低，设备和操作环境要求简单，成分及膜厚可控，铁电性能易于调控，易于实现工业化生产。

Description

采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法 及应用
技术领域
本发明属于微电子器件领域，具体涉及一种采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法及应用。
背景技术
为了满足微电子集成电路产品不断向高性能和高密度发展的要求，晶体管结构的特征尺寸不断减小，当特征尺寸进入0.1μm以下范围时，传统的二氧化硅(SiO2)栅介质层的厚度接近其“物理极限”，电子直接隧穿效应造成栅极漏电流急剧增大，从而使器件面临严重的稳定性和可靠性问题。该问题可以通过选用高介电常数材料(high-k)材料取代SiO2作为栅介质层加以解决，而在众多高介电常数材料中，二氧化铪(HfO2)以其较大的介电常数、较宽的带隙、较好的热稳定性和化学稳定性、与标准半导体集成工艺兼容等优点，已于近年来广泛应用于微处理器和动态随机存储器(DRAM)的大规模工业化生产。
在常温常压下，HfO2材料的热力学稳定相为低对称性的单斜相(m，P21/c)，当温度分别升至2050K和2803K时，HfO2由低对称性的单斜相转变为高对称性的四方相(t，P42/nmc)及立方相(c，Fm3m)，这些晶体结构都是中心对称和非极性的，所以HfO2基薄膜呈现线性的顺电极化行为特性。2011年，等人在文章“Ferroelectricity in hafniumoxide thin films,Applied Physics Letters,99(10),102903(2011)”中首次报道了采用原子层沉积法制备的硅掺杂二氧化铪(Si:HfO2)薄膜具有显著铁电性质的新发现，该发现将使HfO2基薄膜在非易失性铁电存储器等集成铁电器件领域拥有广阔的应用前景。随后的深入研究表明，铁电性HfO2基薄膜具有正交相(o，Pca21)晶体结构，该物相晶格是非中心对称的，符合产生铁电性质的必要微观结构条件。根据现有的研究报道，生成和稳定HfO2薄膜铁电正交相的方法可采用包括元素掺杂、上电极夹持、降低膜厚、控制退火工艺和外场诱导等方法。通过元素掺杂稳定铁电正交相的微观机制是改变HfO2晶胞体积，由于掺杂元素的原子半径或价态与Hf不同，掺杂引起晶格畸变或产生氧空位，有利于正交相的稳定。通过控制薄膜厚度稳定亚稳正交相的微观机制是表面能效应，当薄膜厚度减小到纳米尺度时，薄膜的表面积增大，表面焓对薄膜中原子排列方式的影响增大，导致单斜相的吉布斯自由能升高，抑制薄膜的晶体结构向单斜相转变，使得正交相在室温下稳定存在。在快速退火过程中，上电极的夹持作用所产生的应力可以抑制单斜相的形成，促进正交相的稳定。由于对高对称性晶胞的总能量差值较低，薄膜中初始生成的顺电性四方和立方相可能在外加电场或温度场作用下转变为正交相结构，从而出现场致铁电性质；但是低对称性的单斜相不能在外场作用下转变为铁电正交相。
目前，制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜主要采用气相沉积法，例如磁控溅射、脉冲激光沉积(PLD)、原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)等。这些方法依赖于构成复杂、价格昂贵的大型真空设备，需要协调优化工作气压、气体流量、基片温度等多项薄膜生长参数，工艺窗口窄，极大地限制了在科研中的推广和普及。化学溶液沉积(chemical solutiondeposition,CSD)是一种湿化学法薄膜制备技术，该方法首先配制前驱体溶液，随后采用旋涂(spin-coating)、浸涂(dip-coating)或喷涂(spray-coating)等方式在基片表面形成凝胶膜，再经过热处理得到所需的薄膜。与气相沉积法相比，CSD法具有分子或原子级的成分均匀混合、易于精确控制掺杂量、所需设备简单易维护、成本低等显著优点。2014年S.Starchich等人在文章“chemical solution deposition of ferroelectric yttrium-doped hafnium oxide films on platinum electrodes,Applied Physics Letters,104(20),202903(2014)”中首次报道了采用CSD法制备钇掺杂二氧化铪(Y:HfO2)铁电薄膜，其中前驱体溶液的配制以乙醇铪、乙酰丙酮钇和无水有机溶剂为原料，试剂价格昂贵，且所有操作必须在充有惰性气体的手套箱中进行，环境要求苛刻。Jiang Kai等人在文章“Low-Energy Path to Dense HfO2Thin Films with Aqueous Precursor,Chemistry ofMaterials,23(4|),945-952(2011)”中报道了一种采用HfOCl2·8H2O等廉价的无机试剂合成前驱体溶液，随后旋涂制备无掺杂HfO2薄膜的方法，薄膜经退火晶化后全部呈现单一的低对称单斜(m-)相结构，因此不具有铁电性质。本发明将无机化学溶液沉积法拓展应用于制备Y:HfO2基铁电薄膜，通过引入(添加)Y掺杂元素、控制薄膜厚度和晶化退火工艺参数等方法，实现高对称性的正交相(o，Pca21)、四方相(t，P42/nmc)、立方相(c，Fm3m)或其混合相在室温下的稳定，从而使薄膜具有初始本征的或可在外场诱导下产生的铁电性质。本发明中前驱体溶液的配制全部采用水溶性无机试剂、无有机物参与，实验操作均在室温大气环境下完成，具有原料成本低、设备和环境要求简单、薄膜均匀致密、铁电性质易于调控等优点，为开展Y:HfO2基铁电薄膜的宏量制备和性能研究开辟了全新途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用由全无机盐制备的钇掺杂二氧化铪前驱体溶液，制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，及利用此方法制成的薄膜集成在电容器和晶体管以及利用这些电容器或晶体管制成的电子元器件。通过全无机前驱体溶液法获得Y:HfO2铁电薄膜，实现薄膜中高对称性的正交相(o，Pca21)、四方相(t，P42/nmc)、立方相(c，Fm3m)或其混合相在室温下的稳定，从而使薄膜具有初始本征的或可在外场诱导下产生的铁电性质。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案如下：
步骤一：以无机铪盐和无机钇盐为原料，其中钇的掺杂浓度为1-9mol％，即所述溶胶中Y的掺杂含量为1-9mol％，掺杂元素为Y，其中，n为摩尔浓度充分溶解于去离子水中；形成钇掺杂二氧化铪(Y:HfO2)前驱体溶液，边搅拌边向上述溶液中加入碱性沉淀剂，生成白色絮状沉淀，控制pH值大于7.0；随后用去离子水洗涤离心沉淀3-5次得到沉淀，最后将一元酸加入沉淀中，持续磁力搅拌约12-48h，静置一段时间后得到澄清透明的溶胶，控制澄清溶胶的pH值小于1.0；
步骤二：将洁净的基片采用标准RCA步骤进行清洗，随后将吹干的基片进行预处理以增加其与溶胶的润湿性；
步骤三：在步骤二预处理后的基片表面沉积一层步骤一制得的溶胶形成薄膜后，将基片置于热板上，在100-200℃加热1-5min，重复该步骤，直至到达所需薄膜的厚度；
步骤四：将步骤三涂镀有薄膜的基片进行预热处理，随后进行快速退火处理，获得钇掺杂二氧化铪铁电薄膜。
进一步地，上述步骤一中所述的无机铪盐为HfOCl2·8H2O、Hf(NO3)4·xH2O、HfO(NO3)2·xH2O、HfCl4、Hf(SO4)2中的一种；无机钇盐为Y(NO3)3·6H2O、HfCl3·6H2O中的一种；碱性沉淀剂为NH3·H2O、NaOH、KOH、尿素、碳酸氢铵中的一种；一元酸为HNO3、HCOOH中的一种。
进一步地，上述步骤一中一元酸混合过氧化氢加入沉淀中，过氧化氢作为助溶剂，有利于加速沉淀溶解。
进一步地，上述步骤一中所述的前驱体溶液中Hf4+的浓度为0.1-0.2mol/L。
进一步地，上述步骤一中所述的碱性沉淀剂与Hf4+的摩尔浓度比为3.5～2.5:1。
进一步地，上述步骤一中所述的一元酸与Hf4+的摩尔浓度比为2.0～1.0:1。
进一步地，上述步骤二中所述的基片采用Si、Ge或GaAs等半导体材料中的一种；所述基片预处理方式为紫外辐照或等离子轰击中的一种。
进一步地，上述步骤三中所述的沉积方法为旋涂、浸涂、喷涂等中的一种；通过调节沉积周期、溶胶浓度和沉积速度等工艺参数控制钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的厚度为5-80nm。
进一步地，上述步骤四中所述的快速退火处理的具体工艺参数为：从室温加热至300-500℃，保温3-5min，继续升温至500-1000℃，保温1-60s，保护气氛为惰性气体、氮气或氧气，随炉冷却至室温。
进一步地，上述步骤四将涂镀有Y:HfO2薄膜的基片进行预热处理，工艺参数为：从室温加热至120℃，随后加热至250℃，继续加热至380℃，每个温度阶段保温5min，冷却至室温。
上述方法制备的钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的应用，将所述钇掺杂二氧化铪铁电薄膜集成到电容器结构中，利用铁电测试仪对其进行电学性能测试；其中，电容器结构为金属上电极-Y:HfO2铁电薄膜-基片(MIS)结构、金属上电极-Y:HfO2铁电薄膜-金属底电极-基片(MIM)结构、多晶硅-Y:HfO2铁电薄膜-基片(SIS)结构或多晶硅-Y:HfO2铁电薄膜-金属底电极-基片(SIM)结构电容器中的一种。
进一步地，上述应用中的电容器结构为金属上电极-Y:HfO2铁电薄膜-基片(MIS)结构电容器，所述金属上电极为氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、铂(Pt)、金(Au)、铱(Ir)、铝(Al)、铜(Cu)中的一种；所述上电极厚度为5-150nm，所述的基片为Si、Ge或GaAs等半导体材料中的一种。
进一步地，上述应用中的电容器结构为金属上电极-Y:HfO2铁电薄膜-金属底电极-基片(MIM)结构电容器，所述金属上电极和底电极为氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、铂(Pt)、金(Au)、铱(Ir)、铝(Al)、铜(Cu)中的一种；所述电极厚度为5-150nm，所述的基片为Si、Ge或GaAs等半导体基片或玻璃、陶瓷等材料中的一种。
进一步地，上述应用中的电容器结构为多晶硅-Y:HfO2铁电薄膜-基片(SIS)结构电容器，所述的基片为Si、Ge或GaAs等半导体材料中的一种。
进一步地，上述应用中的电容器结构为多晶硅-Y:HfO2铁电薄膜-金属底电极-基片(SIM)结构电容器，所述金属底电极为氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、铂(Pt)、金(Au)、铱(Ir)、铝(Al)、铜(Cu)中的一种；所述的基片为Si、Ge或GaAs等半导体基片或玻璃、陶瓷等材料中的一种。
进一步地，上述步骤四中的退火工艺可以采用上电极夹持的方法，在制备Y:HfO2薄膜后，首先沉积上电极，然后进行快速退火处理。
本发明的有益效果是：
本发明采用全无机前驱体溶液制备方法，以水溶性无机盐为原料，在整个溶胶制备过程中无有机物参与，原料成本低。
设备和环境要求简单，不需复杂昂贵的真空镀膜设备，所有实验操作均在室温大气环境下完成，降低了对操作环境的苛刻要求。
通过改变薄膜沉积周期、前驱体溶液的浓度或沉积工艺参数即可控制薄膜厚度，制备工艺简便灵活。
通过控制无机钇盐的含量即可调节钇的掺杂浓度，易于控制薄膜成分。
在快速退火工艺中，不需要上电极的夹持作用即可稳定薄膜中的高对称相，极大地简化铁电薄膜的制备工艺。
附图说明
图1为本发明方法中Y:HfO2铁电薄膜制备方法流程图；
图2为制备的Y:HfO2铁电薄膜的掠入射X射线衍射(GIXRD)图；
图3为制备的Y:HfO2铁电薄膜的X射线反射率测量(XRR)图；
图4为上电极-Y:HfO2铁电薄膜-基片MIS电容器的极化强度-电场强度曲线(P-E)；
图5为上电极-Y:HfO2铁电薄膜-基片MIS电容器的电流密度-电场强度曲线(J-E)。
具体实施方式
下面将说明本发明的各种例示性实施案例。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图和具体实例对本发明的操作过程作进一步详细说明。
实施案例1
将HfOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O前驱体原料充分溶解于去离子水中，形成钇掺杂浓度为1.5mol％的溶液，边搅拌边向上述溶液中加入1mol/L的氨水，氨水与Hf4+的摩尔浓度比为3:1，生成白色沉淀，测量pH值为9.0；随后用去离子水离心洗涤沉淀5次，以去除沉淀中残留的氯离子(Cl-)，最后将2mol/LHNO3和10mol/LH2O2混合形成解胶剂，HNO3与Hf4+的摩尔浓度比为1.8:1，加入离心后的沉淀中，持续磁力搅拌约12h，静置一段时间后得到澄清透明的溶胶，控制澄清溶胶的pH值为0.7；
将洁净的重掺p型锗基片采用标准RCA步骤进行清洗，再将吹干的基片紫外辐照10min，以增加其与溶胶的润湿性。然后，在基片表面浸涂一层薄膜后，将基片置于150℃热板上加热1min，重复上述步骤，直至获得膜厚为10nm的薄膜。随后，将镀有Y:HfO2薄膜的基片进行预热处理，冷却至室温后，将预处理过的薄膜放入退火炉中进行快速退火处理，工艺参数为：从室温加热至450℃，保温5min，继续升温至650℃，保温1min，氮气为保护气氛，随炉冷却至室温。薄膜的制备流程图如图1所示。由附图2的掠入射X射线衍射(GIXRD)图可知，在2θ＝30.5°附近出现明显的衍射峰，对应于(111)晶面，表明Y:HfO2薄膜晶化为高对称相。
采用射频反应磁控溅射法在已退火晶化的Y:HfO2薄膜上沉积55nm的多晶硅上电极，形成多晶硅-Y:HfO2铁电薄膜-Ge片(SIS)结构电容器。利用铁电测试仪测量Y:HfO2薄膜电容器的极化强度-电场强度曲线(P-E)和电流密度-电场强度曲线(J-E)等电学性能。
实施案例2
将HfOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O前驱体原料充分溶解于去离子水中，形成钇掺杂浓度为2mol％的透明溶液，边搅拌边向上述溶液中加入1mol/L的氨水，氨水与Hf4+的摩尔浓度比为2.8:1，生成白色沉淀，测量pH值为8.5；随后用去离子水离心洗涤沉淀5次，以去除沉淀中残留的氯离子(Cl-)，最后将2mol/LHNO3和10mol/LH2O2混合形成解胶剂，HNO3与Hf4+的摩尔浓度比为1.2:1，加入离心后的沉淀中，持续磁力搅拌约12h，静置一段时间后得到澄清透明的溶胶，控制澄清溶胶的pH值为0.7；
首先，将洁净的重掺p型硅基片采用标准RCA步骤进行清洗，然后采用射频反应磁控溅射沉积TiN底电极，对此基片进行等离子轰击10min，以增加其与溶胶的润湿性。然后，滴加适量溶胶于处理过的底电极表面，旋涂一层薄膜后，将基片置于150℃热板上加热1min，重复上述步骤，直至获得膜厚为40nm的薄膜。随后，将涂镀有Y:HfO2薄膜的基片进行预热处理，冷却至室温后，将预处理过的薄膜放入退火炉中进行快速退火处理，工艺参数为：从室温加热至450℃，保温5min，继续升温至650℃，保温30s，氮气为保护气氛，随炉冷却至室温。由图3的X射线反射率测量(XRR)图可知，该Y:HfO2薄膜的膜厚约为40nm。
采用射频反应磁控溅射法在已退火晶化的Y:HfO2薄膜上沉积100nm的TiN上电极，形成TiN-Y:HfO2铁电薄膜-TiN-Si(MIM)结构电容器。利用铁电测试仪测量Y:HfO2薄膜电容器的极化强度-电场强度曲线(P-E)和电流密度-电场强度曲线(J-E)。
实施案例3
将适量的HfOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O前驱体原料充分溶解于去离子水中，形成钇掺杂浓度为2mol％的溶液，边搅拌边向上述溶液中逐滴加入适量1mol/L的氨水，氨水与Hf4+的摩尔浓度比为2.8:1，生成白色沉淀，测量pH值为8.5；随后用去离子水离心洗涤沉淀5次，以去除沉淀中残留的氯离子(Cl-)，最后将适量2mol/LHNO3和10mol/LH2O2混合形成解胶剂，HNO3与Hf4+的摩尔浓度比为1.2:1，加入离心后的沉淀中，持续磁力搅拌约12h，静置一段时间后得到澄清透明的溶胶，控制澄清溶胶的pH值为0.7；
将洁净的重掺p型硅基片采用标准RCA步骤进行清洗，再将吹干的基片等离子轰击10min，以增加其与溶胶的润湿性。然后，滴加适量溶胶于处理过的硅基片表面在硅基片表面旋涂形成一层薄膜后，将基片置于150℃热板上加热1min，重复上述步骤，直至获得膜厚为25nm的薄膜。随后，将涂镀有Y:HfO2薄膜的基片进行预热处理，冷却至室温后，将预处理过的薄膜放入快速退火炉中进行快速退火处理，工艺参数为：从室温加热至450℃，保温5min，继续升温至700℃，保温30s，氮气为保护气氛，随炉冷却至室温。
采用射频反应磁控溅射法在已退火晶化的Y:HfO2薄膜上沉积80nm的TiN上电极，形成TiN-Y:HfO2铁电薄膜-Si(MIS)结构电容器。利用铁电测试仪测量Y:HfO2薄膜电容器的极化强度-电场强度曲线(P-E)和电流密度-电场强度曲线(J-E)等电学性能。从图4的极化强度-电场强度曲线可以看出，当加载场强为3.4MV/cm时，最大剩余极化Prmax值为14μC/cm-2；从图5的电流密度-电场强度曲线可以看出，在场强为1MV/cm时，Y:HfO2薄膜电容器的漏电流密度数量级为10-7A·cm-2，表明薄膜内部缺陷较少，减少了电流快速扩散的通路，证明该方法制备的Y:HfO2薄膜均匀致密，电学性能优异。
需说明，此处所描述的具体实例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的范围，任何不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。

Claims (10)

1.采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：以无机铪盐和无机钇盐为原料，其中钇的掺杂浓度为1-9mol％，充分溶解于去离子水中，形成钇掺杂二氧化铪(Y:HfO2)前驱体溶液，边搅拌边向上述溶液中加入碱性沉淀剂，生成白色絮状沉淀，控制pH值大于7.0；随后用去离子水洗涤离心得到的沉淀，最后将一元酸加入沉淀中，持续磁力搅拌，静置一段时间后得到澄清透明的溶胶，控制澄清溶胶的pH值小于1.0；
步骤二：将洁净的基片采用标准RCA步骤进行清洗，随后将吹干的基片进行预处理以增加其与溶胶的润湿性；
步骤三：在步骤二预处理后的基片表面沉积一层步骤一制得的溶胶形成薄膜后，将基片置于热板上，在100-200℃加热1-5min，重复该步骤，直至到达所需薄膜的厚度；
步骤四：将步骤三涂镀有薄膜的基片进行预热处理，随后进行快速退火处理，获得钇掺杂二氧化铪铁电薄膜。
2.根据权利要求1所述的采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，其特征在于，上述步骤一中所述的无机铪盐为HfOCl2·8H2O、Hf(NO3)4·xH2O、HfO(NO3)2·xH2O、HfCl4、Hf(SO4)2中的一种；无机钇盐为Y(NO3)3·6H2O、HfCl3·6H2O中的一种；碱性沉淀剂为NH3·H2O、NaOH、KOH、尿素、碳酸氢铵中的一种；一元酸为HNO3、HCOOH中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，其特征在于，上述步骤一中一元酸混合过氧化氢加入沉淀中，过氧化氢作为助溶剂，有利于加速沉淀溶解。
4.根据权利要求1或2所述的采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，其特征在于，上述步骤一中所述的前驱体溶液中Hf4+的浓度为0.1-0.2mol/L。
5.根据权利要求1或2所述的采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，其特征在于，上述步骤一中所述的碱性沉淀剂与Hf4+的摩尔浓度比为3.5～2.5:1。
6.根据权利要求1或2所述的采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，其特征在于，上述步骤一中所述的一元酸与Hf4+的摩尔浓度比为2.0～1.0:1。
7.根据权利要求1或2所述的采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，其特征在于，上述步骤二中所述的基片采用Si、Ge或GaAs等半导体材料中的一种；所述基片预处理方式为紫外辐照或等离子轰击中的一种。
8.根据权利要求1或2所述的采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，其特征在于，上述步骤三中所述的沉积方法为旋涂、浸涂、喷涂等中的一种；所述的钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的厚度为5-80nm。
9.根据权利要求1或2所述的采用全无机前驱体溶液制备钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的方法，其特征在于，上述步骤四中所述的快速退火处理的具体工艺参数为：从室温加热至300-500℃，保温3-5min，继续升温至500-1000℃，保温1-60s，保护气氛为惰性气体、氮气或氧气，随炉冷却至室温。
10.权利要求1-9任一所述方法制备的钇掺杂二氧化铪铁电薄膜的应用，其特征在于，将所述钇掺杂二氧化铪铁电薄膜集成到电容器结构中，利用铁电测试仪对其进行电学性能测试；其中，电容器结构为金属上电极-Y:HfO2铁电薄膜-基片(MIS)结构、金属上电极-Y:HfO2铁电薄膜-金属底电极-基片(MIM)结构、多晶硅-Y:HfO2铁电薄膜-基片(SIS)结构或多晶硅-Y:HfO2铁电薄膜-金属底电极-基片(SIM)结构电容器中的一种。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110648902A (zh) * 2019-10-19 2020-01-03 湘潭大学 一种镧掺杂的二氧化铪铁电薄膜的制备方法及应用
CN112447508A (zh) * 2020-11-24 2021-03-05 湘潭大学 一种通过等离子体技术增强氧化铪(HfO2)基铁电薄膜铁电性能的方法
CN112974834A (zh) * 2019-12-16 2021-06-18 新奥科技发展有限公司 等离子炬阴极材料前驱粉体及其制备方法及等离子炬阴极
WO2024065881A1 (zh) * 2022-09-30 2024-04-04 复旦大学 具有超高介电常数和/或铁电剩余极化强度的介质薄膜和器件的制备方法及器件

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130295507A1 (en) * 2010-12-23 2013-11-07 Education On Behalf Of Oregon State University Processes to form aqueous precursors, hafnium and zirconium oxide films, and hafnium and zirconium oxide patterns

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130295507A1 (en) * 2010-12-23 2013-11-07 Education On Behalf Of Oregon State University Processes to form aqueous precursors, hafnium and zirconium oxide films, and hafnium and zirconium oxide patterns

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAILONG LIANG等: ""Structure and electrical properties of pure and yttrium-doped HfO 2 films by chemical solution deposition through layer by layer crystallization process"", 《MATERIALS AND DESIGN》 *
李清 等: ""纯水基溶胶－凝胶法制备HfO2纳米超薄膜"", 《功能材料》 *
闫泳: ""钇掺杂氧化铪薄膜的溶胶-凝胶制备工艺及性能研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110648902A (zh) * 2019-10-19 2020-01-03 湘潭大学 一种镧掺杂的二氧化铪铁电薄膜的制备方法及应用
CN112974834A (zh) * 2019-12-16 2021-06-18 新奥科技发展有限公司 等离子炬阴极材料前驱粉体及其制备方法及等离子炬阴极
CN112447508A (zh) * 2020-11-24 2021-03-05 湘潭大学 一种通过等离子体技术增强氧化铪(HfO2)基铁电薄膜铁电性能的方法
WO2024065881A1 (zh) * 2022-09-30 2024-04-04 复旦大学 具有超高介电常数和/或铁电剩余极化强度的介质薄膜和器件的制备方法及器件

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