Stabilizacija Schottky-Ohmskih prijelaza u feroelektričnim filmovima

Nives Štrkalj i kolege sa Sveučilišta u Cambridgeu objavili su članak u časopisu Advanced Science, u kojem su istražili ulogu elektroda u Schottky-Ohmskom prijelazu u uređajima s ultratankim epitaksijalnim feroelektričnim filmovima baziranim na hafniju, pružajući uvid u poboljšanje njihovih radnih svojstava.

Stabilizing Schottky-to-Ohmic Switching in HfO₂-Based Ferroelectric Films via Electrode Design

Moritz L. Müller, Nives Strkalj, Maximilian T. Becker, Megan O. Hill, Ji Soo Kim, Dibya Phuyal, Simon M. Fairclough, Caterina Ducati, Judith L. MacManus-Driscoll, Adv. Sci. 12, 2409566 (2025). 

DOI: 10.1002/advs.202409566

Feroelektrici na bazi HfO₂ su ponovno pokrenuli interes za primjenu polarizacije u uređajima s promjenjivom otpornosti. Ovo istraživanje proučava ključnu ulogu elektroda u Schottky-Ohmskom prijelazu (SOT) koji se opaža u uređajima sastavljenim od ultratankih epitaksijalnih feroelektričnih Hf_0.93Y_0.07O₂ filmova na La_0.67Sr_0.33MnO₃-podloženom Nb-dopiranom SrTiO₃ s Ti|Au gornjim elektrodama. Rezultati upućuju na to da se kombinirana promjena otpora filamentom i preokret polarizacije javljaju u uređajima s dizajniranim elektrodama i imaju ON/OFF omjer veći od 100 kroz približno 10⁵ ciklusa. Transportna mjerenja modificiranih uređaja ne pokazuju promjenu u SOT-u kada se feroelektrični YHO sloj zamijeni ekvivalentnim slojem na bazi hafnija, Hf_0.5Zr_0.5O₂. Međutim, nepotpun SOT opaža se kod promjene debljine ili materijala gornje elektrode, kao i debljine LSMO elektrode. Ovo naglašava važnost upotrebe elektroda koje reagiraju s kisikom i donje elektrode sa smanjenom vodljivosti za stabilizaciju SOT-a. Nalazi pružaju vrijedne uvide za poboljšanje radnih svojstava feroelektričnih uređaja promjenjive otpornosti kroz integraciju s filamentarnim mehanizmom.

Slika 1: Prikaz istraživanog Schottky-Ohmskog prijelaza u uređajima s ultratankim feroelektričnim   Hf_0.93Y_0.07O₂ (YHO) filmovima na Nb-dopiranom SrTiO₃|La_0.67Sr_0.33MnO₃ (NbSTO|LSMO).

Prilagođene elektrode omogućuju kombiniranu promjenu otpora filamentom i preokret polarizacije, postižući ON/OFF omjer veći od 100 kroz 10⁵ ciklusa. Predlažemo da formiranje filamenta na granicama kristalnih zrna upravlja promjenom otpora pri čemu polarizacija pomaže tom procesu, pružajući uvid u integraciju ovih mehanizama.