Ferroelektrizität in Hafniumdioxid und deren Anwendung in nicht-flüchtigen Halbleiterspeichern

Bei der Entwicklung von „Emerging Memories“ besteht das Ziel die Attribute Geschwindigkeit, Skalierbarkeit, Energieeffizienz und vor allem Nicht-Flüchtigkeit in einer Halbleiterspeichertechnologie zu vereinigen. Dabei macht man sich das einigen Materialien innewohnende elektrische, magnetische, oder kalorische Gedächtnis zu nutze. Im Falle der intensiv erforschten Ferroelektrika manifestiert sich dieses Erinnerungsvermögen in elektrisch schaltbaren Dipolen. Diese Möglichkeit der elektrischen Ansteuerung macht sie zu einem idealen Schalter für die Mikroelektronik.
Mit der Entdeckung einer ferroelektrischen Polarisationshysterese im HfO2 kann erstmalig der Kreis der potentiell einsetzbaren Ferroelektrika um eine CMOS-kompatible, fertigungsnahe und skalierbare Alternative erweitert werden. Der physikalische Ursprung dieses unerwarteten Phänomens wird im Rahmen dieser Arbeit näher untersucht sowie dessen Einsatz in nicht-flüchtigen Halbleiterspeichern bewertet. Dafür werden dotierte HfO2-Dünnschichten mittels Atomlagenabscheidung hergestellt und strukturell charakterisiert. Eine detaillierte elektrische Bewertung der ferroelektrischen Dünnschichten erfolgt durch Einbettung in Kondensatoren und Feldeffekttransistoren.