Nghiên cứu đặc trưng sắt điện của màng micro nano BLT, PZT chế tạo bằng phương pháp dung dịch định hướng ứng dụng cho bộ nhớ sắt điện

Lời cảm ơn Tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tập thể hƣớng dẫn, TS Bùi Nguyên Quốc Trình PGS TS Phạm Đức Thắng, trực tiếp hƣớng dẫn tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành bày tỏ cám ơn tới thầy, cô Khoa Vật lý kỹ thuật Công nghệ nanô, Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, tạo nhiều điều kiện có đóng góp quý báu cho tơi để tơi hồn thiện luận án Tơi xin chân thành cám ơn TS Lê Việt Cƣờng, ThS Nguyễn Quang Hịa tồn thể nghiên cứu sinh Khoa Vật lý kỹ thuật Công nghệ nano, Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, giúp đỡ tơi nhiệt tình thời gian làm luận án Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, ngƣời quan tâm, ủng hộ động viên tôi, tiếp thêm nghị lực cho Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình tin tƣởng tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian làm nghiên cứu sinh Luận án đƣợc hỗ trợ của: (1) Quỹ phát triển khoa học công nghệ quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 103.02-2012.81; (2) Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Đại học Quốc gia Hà Nội mã số QG.14.08; (3) Đề tài VJU Research Grant Program năm 2019, đƣợc tài trợ tổ chức JICA, Nhật Bản i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận án riêng tôi, thực dƣới hƣớng dẫn tận tình TS Bùi Nguyên Quốc Trình PGS.TS Phạm Đức Thắng Phần lớn thực nghiệm chế tạo khảo sát tính chất màng mỏng nhớ đƣợc thực Khoa Vật lý Kỹ thuật Công nghệ nano, Trƣờng Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Trong luận án chúng tơi có hợp tác với Khoa Vật lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Cơ quan Khoa học Công nghệ Nhật Bản để thực mộ số khảo sát tính chất màng mỏng nhớ sắt điện Các số liệu kết trình bày luận án hồn tồn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình Nghiên cứu sinh Đỗ Hồng Minh ii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xii MỞ ĐẦU CHƢƠNG VẬT LIỆU TRONG BỘ NHỚ SẮT ĐIỆN 1.1 Bộ nhớ sắt điện 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nhớ sắt điện nƣớc 1.1.2 Bộ nhớ sắt điện transistor hiệu ứng trƣờng (FeFET) 1.1.2.1 Cấu tạo nguyên lý ghi/đọc nhớ sắt điện FeFET 1.1.2.2 Triển vọng ứng dụng nhớ FeFET 1.1.2.3 Một số vấn đề hạn chế nhớ sắt điện FeFET 1.1.2.4 Yêu cầu lựa chọn vật liệu chế tạo cho nhớ FeFET 1.2 Vật liệu sắt điện có cấu trúc perovskite 1.2.1 Cấu trúc perovskite vật liệu sắt điện 1.2.2 Lý thuyết Ginzburg-Landau chuyển pha sắt điện 11 1.2.3 Tính chất sắt điện vật liệu có cấu trúc kiểu perovskite 15 1.2.4 Cấu trúc đômen sắt điện 17 1.2.4.1 Sự hình thành đômen 17 1.2.4.2 Vách đômen 19 1.2.5 Đƣờng điện trễ vật liệu sắt điện 21 1.3 Vật liệu sắt điện điển hình có ứng dụng nhớ sắt điện 24 1.3.1 Vật liệu sắt điện PZT 24 1.3.2 Vật liệu sắt điện BLT 33 Kết luận chƣơng 35 CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 36 iii 2.1 Chế tạo mẫu 36 2.1.1 Chế tạo mẫu theo phƣơng pháp dung dịch 37 2.1.1.1 Dụng cụ hóa chất 37 2.1.1.2 Phƣơng pháp dung dịch chế tạo màng mỏng 37 2.1.2 Chế tạo điện cực Pt 39 2.2 Phƣơng pháp phân tích tính chất màng mỏng 40 2.2.1 Phổ tán xạ lƣợng tia X (EDS hay EDX) 40 2.2.2 Khảo sát cấu trúc tinh thể phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 41 2.2.3 Khảo sát hình thái cấu trúc bề mặt màng mỏng 42 2.2.4 Khảo sát tính chất điện màng mỏng sắt điện 43 2.2.4.1 Phép đo độ phân cực điện 44 2.2.4.2 Phép đo dòng dò 45 2.2.5 Khảo sát hoạt động ô nhớ 45 2.3 Phƣơng pháp chế tạo ô nhớ 47 2.3.1 Chế tạo nhớ có kích thƣớc micro mét công nghệ quang khắc 47 2.3.2 Chế tạo nhớ có kích thƣớc nano mét công nghệ quang khắc chùm điện tử………………… 49 2.3.3 Ăn mòn (Etching) 52 Kết luận chƣơng 54 CHƢƠNG KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CÁC HỆ MÀNG MỎNG 55 3.1 Khảo sát tính chất màng mỏng sắt điện (BLT, PZT) 55 3.1.1 Tính chất màng mỏng BLT, PZT ủ tăng nhiệt chậm đế silic 55 3.1.1.1 Cấu trúc tinh thể hình thái học bề mặt màng mỏng BLT, PZT 56 3.1.1.2 Tính chất điện hệ màng mỏng sắt điện BLT, PZT 61 3.1.2 Tính chất màng mỏng PZT đế Si/SiO2/Ti/Pt ủ nhiệt nhanh 67 3.1.2.1 Cấu trúc tinh thể hình thái học bề mặt màng sắt điện PZTN 68 3.1.2.2 Tính chất điện màng mỏng PZT ủ nhiệt nhanh 69 3.2 Ảnh hƣởng điện cực LNO lên tính chất màng mỏng PZT 73 3.2.1 Ảnh hƣởng điện cực LNO lên tính chất điện màng mỏng PZT 74 iv 3.2.1.1 Khảo sát tính chất màng mỏng LNO đế Si/SiO2 74 3.2.1.2 Ảnh hƣởng điện cực LNO lên tính chất màng mỏng PZTN 76 3.2.2 Ảnh hƣởng điện cực Al/LNO lên tính chất màng mỏng PZT 78 3.2.2.1 Khảo sát tính chất màng mỏng LNO đế nhôm 79 3.2.2.2 Cấu trúc tinh thể hình thái bề mặt màng mỏng Al/LNO/PZT 81 3.2.2.3 Ảnh hƣởng điện cực Al/LNO lên tính chất điện màng mỏng PZT 83 3.3 Ảnh hƣởng đế lên tính chất điện màng mỏng PZT 84 3.3.1 Cấu trúc tinh thể màng mỏng PZTN đế sc-STO, pc-STO, thủy tinh 85 3.3.2 Hình thái học bề mặt màng PZTN500 loại đế 86 3.3.3 Tính chất điện màng PZTN500 loại đế 87 3.4 Tối ƣu hóa tính chất màng mỏng làm kênh dẫn (ITO) 89 3.4.1 Ảnh hƣởng độ dày đến cấu trúc tinh thể hình thái bề mặt 90 3.4.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ ủ đến cấu trúc tinh thể cấu trúc vi tinh thể 92 3.4.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ ủ đến tính chất điện màng mỏng ITO 94 Kết luận chƣơng 95 CHƢƠNG CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT Ô NHỚ SẮT ĐIỆN 97 4.1 Chế tạo khảo sát đặc trƣng ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét 97 4.1.1 Chế tạo ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét 97 4.1.1.1 Chế tạo ô nhớ sắt điện cực cổng phẳng đế silic 97 4.1.1.2 Chế tạo ô nhớ sắt điện cực cổng phẳng đế thủy tinh, sc-STO, pcSTO……………………… 98 4.1.2 Khảo sát đặc trƣng nhớ ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét 99 4.1.2.1 Đặc trƣng ID-VG ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét 99 4.1.2.2 Đặc trƣng ID-VD ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét 101 4.1.2.3 Đặc trƣng trì ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét 104 4.2 Chế tạo khảo sát đặc trƣng ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ nano mét 106 4.2.1 Chế tạo ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ nano mét 108 4.2.2 Khảo sát ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ nano mét 110 Kết luận chƣơng 114 v KẾT LUẬN 116 ĐỀ XUẤT 117 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, Tiếng Anh Tiếng Việt chữ viết tắt ε Dielectric Constant Hằng số điện môi ε0 Vacuum Dielectric Constant Hằng số điện mơi chân khơng θ Diffraction Angle Góc nhiễu xạ λ Wavelength Bƣớc sóng μFE Carrier Concentration Nồng độ hạt tải χ Electric susceptibility Độ cảm điện AFM Atomic Force Microscope Hiển vi lực nguyên tử BLT (Bi3+xLa1-x)Ti3O12 Vật liệu BLT BT BaTiO3 Vật liệu BT CC Curie Constant Hằng số Curie Cox Capacitance Per Area Unit Điện dung đơn vị diện tích Center Processing Unit Bộ vi sử lí CS Sample Capacitance Điện dung mẫu DC Direct Current Nguồn phún xạ chiều Dynamic Ranom Acess Memory Bộ nhớ ram động EB Electron Beam Chùm điện tử EC Electrical Coercive Feld Trƣờng kháng điện Ed Electrical Depolarization Field Trƣờng khử phân cực CPU DRAM EDS (EDX) Energy Dispersive X-ray spectroscopy Phổ tán xạ lƣợng tia X EEPROM EFM EPROM Elictrically Erasable Programmable Bộ nhớ đọc ghi đƣợc, Read Only Memory xóa đƣợc điện Electrostatic Force Microscope Kính hiển vi lực tĩnh điện Erasable Programmable Read Only Bộ nhớ đọc ghi đƣợc, vii FeFET Memory xóa đƣợc Ferroelectric Field Effect transistor Bộ nhớ sắt điện ứng trƣờng FeRAM Ferroelectric Random Access Memory Bộ nhớ sắt điện truy cập ngẫu nhiên FGT Ferroelectric Gate Transistor Bộ nhớ sắt điện FTO Fluorine-doped tin oxide (SnO2:F) Vật liệu FTO ICP Inductively Coupled Plasma Plasma bắt cặp phản ứng Drain Electric Dòng máng InGaZnO4 + In2Ga2ZnO7 Vật liệu IGZO ITO In2-xSnxO3-2x Vật liệu ITO IZO In2O3 + ZnO Vật liệu IZO LDS Channel Length Chiều dài kênh dẫn LGO Pb5Ge3O11 Vật liệu LGO LNO LaNiO3 Vật liệu LNO LSCO La2-xSrxCuO4 Vật liệu LSCO LSI Large Scale Intergration Mạch tích hợp mật độ lớn MBE Molecular beam epitaxy Lắng đọng chùm phân tử ID IGZO epitaxy MFIS Metal - Ferroelectric – Insulator - Kim loại-sắt điện-cách điệnbán dẫn Semiconductor MFMIS MFS MOCVD Metal - Ferroelectric - Metal - Kim loại - Sắt điện - Kim Insulator - Semiconductor loại - Cách điện - Bán dẫn Metal - Ferroelectric - Semiconductor Kim loại-sắt điện-bán dẫn Metal Organic Chemical Vapor Lắng đọng pha hóa học hợp chất kim loại hữu Deposition MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field- Tran-zi-to trƣờng kim loại ơxít bán dẫn Effect Transistor viii MPB Morphotropic Phase Boundary Pha biên hình thái Magnetoresistive RAM Bộ nhớ từ trở Spontaneous Magnetization Từ hóa tự phát pc-STO Polly-crystal Đa tinh thể STO PECVD Plasma-enhanced MRAM MS Chemical Vapor Lắng đọng hóa học Deposition Plasma PLD Pulse Laser Deposi Lắng đọng xung laser PLZT (Pb,La)(Zr,Ti)O3 Vật liệu PLZT PMN Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 Vật liệu PMN Remanent polarization Độ phân cực dƣ Programmable Read Only Memory Bộ nhớ đọc ghi đƣợc PS Spontaneous Polarization Độ phân cực tự phát PSat Polarization Saturation Độ phân cực bão hòa PT PbTiO3 Vật liệu PT PbZrxTi1-xO3 Vật liệu PZT Radio Frequency Nguồn phún xạ xoay chiều RIE Reactive Ion Etching Phản ứng ăn mòn ROM Read Only Memory Bộ nhớ đọc SBT SrBi2Ta2O9 Vật liệu SBT Single crystal Đơn tinh thể STO Scanning Electron Microscope Hiển vi điện tử quét Pr PROM PZT Rf sc-STO SEM SiO2 Oxit silic Static Random Acess Memory Bộ nhớ ram tĩnh Spontaneous distortion Biến dạng tự phát SS Sr2(Ta,Nb)2O7 Vật liệu STN Phase Transition Temperature Nhiệt độ chuyển pha TEM Transmission Electron Microscopy Hiển vi điện tử truyền qua TFT Thin Film Transistor Bộ nhớ sắt điện dạng màng SRAM SS STN TC ix mỏng VC Coercive Voltage Cửa sổ nhớ VD Drain Voltage Thế cực máng VDG Voltage Between The Drain And Gate Thế cực máng cực nguồn VDS Voltage Between The Drain And Thế cực máng cực Source nguồn VG Gate Voltage Thế cực cổng VGS Voltage Between The Gate And Thế cực cổng cực Source nguồn VS Source Voltage Thế cực nguồn WDS Channel Width Độ rộng kênh dẫn XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X YBa2Cu3O7-x Vật liệu YBCO YBCO x ĐỀ XUẤT Mặc dù chế tạo thành công phần tử nhớ sắt điện (ơ nhớ) có kích thƣớc giảm đến vài chục nanomet với nhiều đặc trƣng nhớ trội Tuy nhiên kết dừng lại mức độ thử nghiệm, dạng ô nhớ đơn lẻ Lĩnh vực cần phải đƣợc quan tâm nghiên cứu sâu hơn, rộng hơn, nhằm thiết kế chuỗi phần tử nhớ thành nhớ hoàn chỉnh 117 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Minh D H., Loi N V., Duc N H., Trinh B N Q., (2016) “Lowtemperature PZT thin-film ferroelectric memories fabricated on SiO2/Si and glass substrates”, Journal of Science: Advanced Materials and Devices 1, 75-79 Dung T V., Ha H., Tam H T T., Dung V T., Dung N V., Minh D H., Trang V T H., Hoa N Q., Trinh B N Q., (2016) “Investigation of structural and ferroelectric properties of Bi3.25La0.75Ti3O12 thin film”, Journal of Science and Technology 54 (1A), 80-87 Dũng T V., Trang V T H., Dung V T., Dũng N V., Bình N T., Thủy N T T., Hòa N Q., Minh Đ H., Trình B N Q., (2016) “Khảo sát chế tạo màng mỏng nano LaNiO3 nhôm thay đế Si tích hợp tụ điện sắt điện”, Tuyển tập Hội nghị Vật lí kỹ thuật Ứng dụng tồn quốc lần thứ IV, 289-295 Minh D H., Trinh B N Q., (2015) “Sub-100nm Ferroelectric-gate ThinFilm Transistor with Low-temperature PZT Fabricated on SiO2/Si Substrate”, Ferroelectrics Letters Section, 42 (1), 65–74 Minh D H., Trang V T H., Trinh B N Q., (2014) “Huge on-Current Ferroelectric-Gate Thin Film Transistor with Solution-Processed Indium Tin Oxide Channel”, Journal of Mathematics - Physics, 30 (1), 16-23 Minh D.H., Sang D.T., Ha H., Thang P.D., and Trinh B.N.Q., (2013) “Application of Low-temperature PZT Thin Film for Ferroelectric Memories Integrated on Glass Substrate”, Proc of 4th International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA-2013), 746-748 Trinh B N Q., Minh D H and Shimoda T., (2013) “Thin-film Transistor Fabricated by a Precise Alignment Nano-imprinting Lithography and Physical Dry-etching Method”, Proc of 4th International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA-2013), 743-745 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO Akinaga H (2013), “Recent advances and future prospects in functional-oxide nanoelectronics: The emerging materials and novel functionalities that are accelerating semiconductor device research and development”, Japanese Journal of Applied Physics, 52, 100001-100200 38 Arlt G (1990), “Twinning in ferroelectric and ferroelastic ceramics: stress relief”, Journal of Materials Science 25 (6), 2655-2666 Bae J C., Kim S S., Choi E K., Song T K., Kim W J and Lee Y I (2005), “Ferroelectric properties of lanthanum-doped bismuth titanate thin films grown by a sol-gel method”, Thin Solid Films 472 (1), 90-95 Bai G R., Tsu I F., Wang A., Foster C M., Muray C E and Dravid V P., (1998) “In situ growth of highly oriented Pb(Zr0.5Ti0.5)O3 thin films by lowtemperature metal–organic chemical vapor deposition”, Applied physics letters 72 (13), 1572-1574 Berstein S D., Kisler Y., Wahl J M., Bernacki S E., and Collins S R (1992), “Effects of stoichiometry on PZT thin film capacitor properties, Mater” Materials Research Society Symposium Proceedings, 243, 373-378 Besland M P., Aissa H D., Barroy P R J., Lafane S., Tessier P Y., Angleraud B., Plouet M R., Brohan L and Djouadi M A (2006), “Comparison of lanthanum substituted bismuth titanate (BLT) thin films deposited by sputtering and pulsed laser deposition”, Thin Solid Films 495, 86-91 Bhalla A S., Guo R., and Roy R (2000), “The perovskite structure - a review of its role in ceramic science and technology”, Materials Research Innovations, 4, 3-26 Cao Y., Steigerwald M L., Nuckolls C., and Guo X (2010), “Current trends in shrinking the channel length of organic transistors down to the nanoscale”, Advanced Matererials, 22 (1), 20 - 32 Chen J., Harmer M.P and Smyth D M (1994), “Composition control of ferroelectric fatigue in perovskite ferroelectric ceramics and thin films”, Journal of Applied Physics, 76, 5394 119 10 Chen Y C., Sun Y M., and Gan J Y (2004), “Improved fatigue properties of lead zirconate titanate thin films made on oxygen-implanted platinum electrodes”, Thin Solid Films 460, 25 11 Choi C G., Seo S J., Bae B S (2008), “Solution-processed indium-zinc oxide transparent thin-film transistors”, Electrochemical and Solid-State Letter, 11(1), H7–H9 10 12 Chon U., Yi G C and Jang H M (2001), “Fatigue-free behavior of highly oriented Bi3.25La0.75Ti3O12 thin films grown on Pt/TiO2/SiO2/Si by metalorganic solution decomposition”, Applied physics letters 78, 658-660 11 13 Chu M W., Ganne M., Caldes M T and Brohan L (2003), “X-Ray photoemission spectroscopy characterization of electrode ferroelectric interfaces in Pt/Bi4Ti3O12/Pt and Pt/Bi3.25La0.75Ti3O12/Pt capacitors: Possible influence of defect structure on fatigue properties”, Physical Review, B68, 229-234 13 14 Colla E L., Taylor D V., Tagantsev A K., and Setter N (1998), “Discrimination between bulk and interface scenarios for the suppression of the switchable polarization (fatigue) in Pb(Zr,Ti)O3 thin films capacitors with Pt electodes”, Applied physics letters, 72, 2478 14 15 Congbing T., Jinbin W., Xiangli Z., Jie J., Xiong Z., Yanhuai D (2017), “Switchable photoelectrochemical response controlled by ferroelectric polarization in (101)-oriented Pb(Zr0.2Ti0.8)O3 thin film” Materials & Design 129, 186-191 12 16 Cross L.E (1993), “Ferroelectric Ceramics Tayloring Properties for Specific Applications” Ferroelectric Ceramics”, Birkhauser Verlag, Basel, 1-85 15 17 Damjanovic D (1998), “Ferroelectric dielectric and piezoelectric properties of ferroelectric thin films and ceramics” Reports on Progress in Physics, 61, 1267-1324 16 18 De Keijer M., Paz de Araujo C., Scott J F., and Taylor G W., (1996), “Ferroelectric Thin Films”, Gordon & Breach, New York, 485 18 19 Do D H., Evans P G., Isaacs E D., Kim D M., Eom C B., and Dufresne E.M (2014), “Structural visualization of polarization fatigue in epitaxial ferroelectric oxide devices”, Nature Materials 3, 365 19 120 20 Du H., D Johnson Jr W., Zhu W., Graebner J E., Kammlott G W., Jin S., Rogers J., Willett R and Fleming R M (1999), “Growth and measurements of ferroelectric lead zirconate titanate on diamond by pulsed laser deposition”, Journal of Applied Physics, 86 (4), 2220 23 21 Du X., Zheng J., Belegundu U., and Uchino K (1998), “Crystal orientation dependence of piezoelectric properties of lead zirconate titanate near themorphotropic phase boundary”, Applied physics letters, 72, 2421 22 22 Duc M N (2010), “Ferroelectric and piezoelectric properties of epitaxial PZT films and devices on silicon”, Ph.D thesis University of Twente, Enschede, The Netherlands, 2010, 101 74 23 Elton C Lima, Eudes Borges Araújo (2012), “Phase Transformations in PZT Thin Films Prepared by Polymeric Chemical Method”, Advances in Materials Physics and Chemistry, 2, 178-184 24 24 Feigl L., Zheng J., Birajdar B I., Rodriguez B J., Zhu Y L., Alexe M and Hesse D (2009), “Impact of high interface density on ferroelectric and structural properties of PbZr0.2Ti0.8O3/PbZr0.4Ti0.6O3 epitaxial multilayers”, Journal of Physics D: Applied Physics 42, 085305 25 25 Fong D., Stephenson G B., Streifer S K., Eastman J A., Auciello O., Fuos P H., and Thompson C (2014), “Ferroelectricity in ultrathin perovskite films”, Science 304, 1650 26 26 Foster C M., Bai G R., Csencsits R., Vetrone J., Jammy R., Wills L A., Carr E., and Amano J (1997), “Single-crystal Pb(ZrxTi1-x)O3 thin films prepared by metal -organic chemical vapor deposition: Systematic compositional variation of electronic and optical properties”, Journal of Applied Physics, 81, 2349 27 27 Fousek J and Janovec V (1969), “The Orientation of Domain Walls in Twinned Ferroelectric Crystals”, Journal of Applied Physics, 40 (1), 135-142 28 28 Gerber P., Bottger U., and Waser R (1996), Composition influenceson the electrical and electronmechanical properties of lead zirconate titanate thin films, Journal of Applied Physics, 100, 124105 29 121 29 Goldstein J., Newbury D E., Joy D C., Lyman C E., Echlin P., Lifshin E., L C Sawyer, J R Michael (2003) Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis Springer-Verlag New York Inc, American Mới 30 Gu X (2007), “High quality molecular beam epitaxy growth and characterization of lead titanate zirconate based complex-oxides”, PhD thesis,Virginia Commonwealth University, Richmond, Virginia, USA 30 31 Gupta D., Anand M., Ryu S W., Choi Y K., and Yoo S H (2008), “Nonvolatile memory based on sol-gel ZnO thin-film transistors with Ag nanoparticles embedded in the ZnO/gate insulator interface”, Applied physics letters, 93 (22), 224106 32 32 Gutleben C.D (1997), “Band alignments of the platinum/ SrBi2Ta2O9 interface”, Applied physics letters, 71 (23), 3444-3446 31 33 Hai L V., Takahashi M., and Sakai S (2010), “Fabrication and characterization of sub-0.6-µm ferroelectric-gate field-effect transistors”, Semiconductor Science and Technology, 25 (11), 115013 34 34 Hirota K., Wakimoto S., and Cox D E (2016), “Neutron and X-ray Scattering Studies of Relaxors”, Journal of the Physical Society of Japan, 75 (11), 111006 36 35 Horwitz J S., Grabowski K S., Chrisey D B., and Leuchtner R E (1991), “In situ deposition of epitaxial PbZrxTi(1-x)O3 thin Films by pulsed laser deposition” Applied physics letters, 13 1565 37 36 International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), Technical Report (2012) 39 37 Ishiwara H (2012), “Ferroelectric Random Access Memories”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology 12, 7619–7627 40 38 Jaffe B., W R Cook and Jaffe H (1971), “Piezoelectric ceramics”, Academic Press, Newyork 41 39 Jang J W., Chung S J., Cho W J., Hahn T S., Choi S S (1997), “Thickness Dependence of room temperature permittivity of polycrystalline BaTiO3 thin films by radio-frequencymagnetron sputtering”, Journal of Applied Physics, 81 (9), 6322-6327 42 122 40 Jiang A Q., Scott J F., Dawber M and Wang C (2002), “Fatigue in artificially layered Pb(Zr,Ti)O3 ferroelectric films”, Journal of Applied Physics, 92, 6765 44 41 Jiqiang J., Gaoyang Z and Li L (2015) “Effects of Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 polarization on the YBa2Cu3O7-x electrical transport and magnetization”, Materials Research Express, Vol 4, 036001 17 42 Jiwei Z and Haydn C (2003), “Ferroelectric properties of Bi3.25La0.75Ti3O12 thin films grown on the highly oriented LaNiO3 buffered Pt/Ti/SiO2/Si substrates”, Applied Physics Letters, 82 (3) 45 43 Johnson V A., Lark-Horovitz K (1947), Physical Review, 71, 374 46 44 Juan T P C., Lin C L., Shih W C., Yang C C., Lee J Y M., Shye D C., Lu J H (2009), “Fabri-cation and characterization of metal-ferroelectric PbZr0.6Ti0.4O3 insulator La2O3 -semiconductor capacitors for nonvolatile memory applications”, Journal of Applied Physics, 105, 061625 48 45 Junquera J and Ghosez Ph (2003), “Critical thickness for ferroelectricity in perovskite ultrathin films”, Nature 422, 506 49 46 Kaneko Y., Nishitani Y., Ueda M., Tokumitsu E., and Eiji Fujii (2011), “A 60nm channel length ferroelectric-gate field-effect transistor capable of fast switching and multilevel programming”, Applied Physics Letters, 99(18), 182902 50 47 Kang S W., Song M K., Rhee S W., Suh J H., Park C G (2005), “Interface and crystal structures of lanthanum subtituted bismuth titanate thin films grown on Si for metal ferroelectric semiconductor structure”, Integrated Ferroelectrics, 72 61-70 51 48 Kanno I., Kotera H., Wasa K., Matsunaga T., Kamada T., Takayama R (2003), “Crystallographic characterization of epitaxial Pb(Zr,Ti)O3 films with diffirent Zr/Ti ratio grown by radio-frequency-magnetron sputtering”, Journal of Applied Physics, 93, 4091 52 49 Kawai H (1969), “The Piezoelectricity of PVDF”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol 8, 975 35 50 Kim H S., Kim M G., Ha Y G., Kanatzidis M G., Marks T J., and Facchetti A (2009), “Low-temperature solution-processed amorphous indiumtin 123 oxide field-effect transistors”, Journal of the American Chemical Society 131(31), 10826 - 10827 54 51 Kim J K., Song T K., Kim S S and Kim J H (2012), “Ferroelectric properties of tungsten-doped bismuth titanate thin film prepared by sol–gel route”, Materials Letters, 57, 964-968 55 52 Lee H C and Lee W J (2001), “Preparation and characterization of Pb(Zr,Ti)O3 films deposited on Pt/RuO2 hybrid electrode for ferroelectric random access memory devices”, Japanese Journal of Applied Physics, 40, 6566-6573 58 53 Lee H C and Lee W J (2002), “Characterization of Pb(Zr,Ti)O3 thin films fabricated by plasma enhanced chemical vapor deposition on Ir-based electrodes”, Journal of Vacuum Science and Technology, A 20, 939-1947 57 54 Lee H N., Visinoiu A., Senz S., Harnagea C., Pignolet A., Hesse D., and GÄ osele U (2000), “Structural and electrical anisotropy of (001), (116), and (103) oriented epitaxial SrBi2Ta2O9 thin Films on SrTiO3 substrates grown by pulsed laser deposition” Journal of Applied Physics, 88(11) 6658 59 55 Lee J., Johnson L., Safari A., Ramesh R., Sands T., Gilchrist H., and Keramidas V G (1993), “Effects of crystalline quality and electrode material on fatigue in Pb(Zr,Ti)O3 thin films capacitors”, Applied physics letters 63, 27 60 56 Lee K W., Lee W J (2002), “Relaxation of remanent polarization in Pb(Zr,Ti)O3 thin film capacitors”, Japanese Journal of Applied Physics, 41, 6718-6723 61 57 Li H., Zhu W L., Zhao G and Chu J R., (2018), “The crystal structure of tetragonal PbTiO3 at room temperature and at 700 K”, Micro-Nano Technology XVII-XVIII 83 58 Li J., Kameda H., Trinh B.N.Q., Miyasako T., Tue P.T., Tokumitsu E., Mitani T., Shimoda T (2010), “A low-temperature crystallization path for device-quality ferro-electric films”, Applied physics letters 97, 102905-10310162 59 Li W., Wu M., Li J., Wang S., Li Y., Peng B., Huang H., and Lou X (2017), “Fatigue mechanism verified using photovoltaic properties of Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 thin films”, Applied physics letters 110, 133903 66 124 60 Lines M E and Glass A M (1979), “Principles and applications of ferroelectrics and related materials”, Clarendon Press, Oxford 63 61 Liu Q., Zhao G., Lei L (2011), “Fabrication of LaNiO3 thin film on the Sisubstrate by sol-gel process”, Material Science, 695, 529-532 64 62 Lupascu D C and Roedel J (2005), “Fatigue in bulk lead zirconate titanate actuator materials”, Advanced Engineering Materials, 7, 882 65 63 Ma T P., Han J P (2002), “Why is nonvolatile ferroelectric memory fieldeffect tran-sistor still elusive?” IEEE Electron Device Letter, 23, 386-388 67 64 Manglan V., Agnihotri A., (2015), “Characterization of BLT Tin Film Prepared by Sol-gel Technique”, SGVU: Journal engineering and technology, (1), 38‐41 69 65 Manifacier J C (1982), Thin Solid Films 90, 297 70 66 Martirenat H T and Burfoot J C (1974), “Grain-size effects on properties of some ferroelectric ceramics”, Journal of Physics C: Solid State Physics, 7, 1974 71 67 Matthew D., Scott J F (2000), “A model for fatigue in ferroelectric perovskite thin films”, Applied Physics Letters, 76, 1060-1062 68 68 Mi X., Weikang Z., Zebin Z., Ping Z (2018), “The efect of PtxPb intermetallic metastable phase on the crystal orientation in PZT thin films”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics 33 69 Mi X., Zebin Z., Weikang Z., Ping Z Kuibo L (2018), “Fabrication of lowresistance LaNixO3+ thin films for ferroelectric device electrodes”, Journal of Rare Earths, 1-6 103 70 Minh D H, Trang V T H., Trinh B N Q (2014), “Huge on-Current Ferroelectric-Gate Thin Film Transistor with Solution-Processed Indium Tin Oxide Channel”, Journal of Mathematics - Physics, 30 (1), 16-23 21 71 Minh D H., Loi N.V., Duc N.H., Trinh B.N.Q (2016), “Low-temperature PZT thin-film ferroelectric memories fabricated on SiO2/Si and glass substrates” Journal of Science: Advanced Materials and Devices 1, 75-79 73 72 Minh D H., Trinh B N Q (2015), “Sub-100 nm Ferroelectric-Gate ThinFilm Transistor with Low-Temperature PZT Fabricated on SiO2/Si Substrate”, Ferroelectrics Letters Section, 42:1-3, 65-74 20 125 73 Miyasako T., Senoo M., Tokumitsu E (2015), “Ferroelectric-gate thin-film transistors using indium-tin-oxide channel with large charge controllability”, Applied Physics Letters, 86, 162902-162904 75 74 Miyasako T., Trinh B N Q., Onoue M., Kaneda T., Tue P T., Tokumitsu E., and Shimoda T (2010), “Totally solution-processed ferroelectric-gate thinfilm transistor”, Applied Physics Letters, 97 (17), 173509 76 75 Miyasako T., Trinh B N Q., Onoue M., Kaneda T., Tue P T., Tokumitsu E., Shimoda T (2011), “Ferroelectric-gate thin-film transistor fabricated by total solution deposition process”, Japanese Journal of Applied Physics, 50 04DD09 77 76 Nagarajan V., Ganpule C S., Nagaraj B., Aggarwal S., Alpay S P., Roytburd A L., Williams E D., and Ramesh R (1999), “Effect of mechanical constraint on the dielectric and piezoelectric behavior of epitaxial Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(90%)-PbTiO3(10%) relaxor thin films”, Applied Physics Letters, 75, 4183 79 77 Nagarajan V., Jenkins I G., Alpay S P., Li H., Aggarwal S., SalamancaRiba L., Roytburd A L., Ramesh R (1999), “Thickness dependence of structural and electrical properties in epitaxial lead zirconate titanate films”, Journal of Applied Physics, 86, 595 80 78 Namsar O., Pojprapai S., Watcharapasorn A., and Jiansirisomboon S (2014), “Enhancement of fatigue endurance in ferroelectric PZT ceramic by the addition of bismuth layered SBT”, Journal of Applied Physics, 116, 164105 81 79 Nashimoto K., Fork D K., and Anderson G B (1995), “The Preparation and Characterization of the PZT Thin Film with (100) Peak Preferred Orientation”, Applied Physics Letters, 66, 822 82 80 Nguyen C T Q., Nguyen M D., Dekkers M., Houwman E., Vu H N., Rijnders G (2014), “Process dependence of the piezoelectric response of membrane actuators based on PZT thin films”, Thin Solid Films 556, 509-514.84 81 Nuraje N and Su K (2013), “Perovskite ferroelectric nanomaterials”, Nanoscale 5, 8752-8780 85 82 Oikawa T., Aratani M., Funukubo H., Saito K., and Mizuhira M (2004), “Composition and orientation dependence of electrical properties of epitaxial 126 Pb(Zr1-xTix)O3 thin films grown using metalorganic chemical vapor deposition”, Applied Physics Letters, 95, 3111 86 83 Otani Y., Okamura S and Shiosaki T (2014), “Recent developments on MOCVD of ferroelectric thin films”, Journal of Electroceramics, 13, 15-22 87 84 Park B H., Kang B S., Bu S D., Noh T W., Lee J and Jo W (1999), “Lanthanum-substituted bismuth titanate for use in non-volatile memories”, Nature, 41, 682-684 88 85 Paz de Araujo C A., Cuchiaro J D., McMillan L D., Scott M C and Scott J F (1995), “Fatigue free ferroelectric capacitors with platium electrode”, Nature 374, 627-629 89 86 Pontes F M., Longo E., Leite E R., Varela J.A (2004), “Improvement of the dielectric and ferroelectric properties in superlattice structure of Pb(Zr,Ti)O3 thin films grown by a chemical solution route” Applied Physics Letters, 84, 5470-5472 90 87 Pronin V P., Dolgintsev D M., Pronin I P., Senkevich S V., Yu Kaptelov E and Yu Sergienko A (2017), “Composition control of PZT thin films by varying technological parameters of RF magnetron sputter deposition”, Journal of Physics: Conference Series 872, 012022 91 88 Roy D., Krupanidhi S B and Dougherty J.P (1991), “Excimer laze ablated lead zirconate titanate thin film”, Journal of Applied Physics, 69, 7930 92 89 Sanchez L M , Potrepka D M., Fox G R., Takeuchi I., Wang K., Bendersky L A and Polcawich R G (2013), “Optimization of PbTiO3 seed layers and Pt metallization for PZT-based piezoMEMS actuators”, Journal of Materials Research 28, (14) 93 90 Sano R., Inoue J., Kanda K., Fujita T., and Maenaka K (2015), “Fabrication of multilayer Pb(Zr,Ti)O3 thin film by sputtering deposition for MEMS actuator applications”, Japanese Journal of Applied Physics, 54, 10ND03 117 91 Setter N., Damjanovic D., Eng L., Fox G., Gevorgian S., Hong S., Kingon A., Kohlstedt H., Park N Y., Stephenson G B., Stolitchnov I., Taganstev A K., Taylor D V., Yamada T., and Streiffer S (2006), “Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, and applications”, Journal of Applied Physics, 100, 051606 94 127 92 Shimoda T., Matsuki Y., Furusawa M., Aoki T., Yudasaka I., Tanaka H., Wang D., Miyasaka M., and Takeuchi Y (2006), “Solution-processed silicon films and transistors”, Nature 440, 783 97 93 Shirane G and Suzuki K (1952), “Crystal structure of Pb(Zr-Ti)O3”, Journal of the Physical Society of Japan, 333 99 94 Shong I., Kim S., Yin H., Kim C J., Park J., Kim S., Choi H S., Lee E., and Park Y (2008), “Short channel characteristics of gallium-indium-zinc-oxide thin film transistors for three-dimensional stacking memory” IEEE Electron Device Letter, 29 (6), 549–552 100 95 Shuai M Xingwang C Zhaolong M Zhijun X Ruiqing C (2018), “Characterization of highly (117)-oriented Bi3.25La0.75Ti3O12 thin films prepared by rf-magnetron sputtering technique”, Solid State Communications 53 96 Shuai M., Xingwang C., Jigong H., Wei L., Ruiqing C., Zhijun X (2017), “Dielectric and ferroelectric properties of T a-modified Bi3.25La0.75Ti3O12 ceramics”, Ceramics International 47 97 Shur V Y (1996 ), “Fast polarization reversal process: evolution of ferroelectric domain structure in thin films Ferroelectric Thin Films: Synthesis and Basic Properties”, Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam 104 98 Simoxes A Z., Riccardi C S., Cavalcante L S., Longo E., Varela J A., Mizaikoff B and Hess D W (2007), “Ferroelectric fatigue endurance of Bi4xLaxTi3O12 thin films explained in terms of x-ray photoelectron spectroscopy”, Journal of Applied Physics, 101 084112 95 99 Smolenskii G A., Bokov V A., Isupov V A., Krainik N N., Pasynkov R E., and Sokolov A I (1984), “Ferroelectrics and related materials” G A Smolenskii (Ed.), Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam 101 100 Stemmer S., Streiffer S K., Ernst F and Rüuhle M (1995), “Atomistic structure of 90° domain walls in ferroelectric PbTiO3 thin films” Philosophical Magazine A 71(3), 713-724 102 101 Talin A A., Smith S M., Voight S., Finder J (2014), “Epitaxial PbZr0.52Ti0.48O3 on SrTiO3/(001) Si substrates deposited by sol-gel method”, Applied Physics Letters, 81, 1062 105 128 102 Taylor G W (1984), “Ferroelectrics and related materials”, Gordon and Breach Science publisher 112 103 Thompson C., Munkholm A., Streiffer S K., Stephenson G B., Ghosh K., Eastman J A., Auciello O., Bai G R., Lee M K., and Eom C B (2001), “X-ray scattering evidence for the structural nature of fatigue in epitaxial Pb(Zr, Ti)O3 films”, Applied Physics Letters, 78, 3511 106 104 Tianning L, Margeaux W., Susan T M., and Thomas N J (2017), “Hightemperature crystallized thin-film PZT on thin polyimide substrates”, Journal of Applied Physics 122, 164103 107 105 Tokumitsu E., Fujii G., Ishiwara H (2000), “Electrical Properties of Metal - Ferroelectric - Insulator - Semiconductor (MFIS) - and Metal - Ferroelectric Metal - Insulator - Semiconductor (MFMIS)-FETs Using Ferroelectric SrBi2Ta2O9 Film and SrTa2O6/Si ON Buffer Layer”, Journal of Applied Physics, 39 2125 108 106 Tokumitsu E., Senoo M., Miyasako T (2005), “Use of ferroelectric gate insulator forthin film transistors with ITO channel”, Micro Eng 80, 305-308.109 107 Tomar M S., Melgarejo R E., Hidalgo A., Mazumder S B., Katiyar R S (2003), Inluence of annealing environment on magnetic and ferroelectric properties of chemical solution derived nanocrystalline Bi3.15La0.85Ti3O12 thin films, Applied Physics Letters, 83, 341-343 110 108 Topolov V Y., Turik A V., Fesenko O E., and Eremkin V V (1995), “Mechanical stresses and three-phase states in perovskite-type ferroelectrics”, Ferroelectrics Letters Section 20, 19 111 109 Tseng S R., Lin S C., Meng H F., Liao H H., Yeh C H., Lai H C., Horng S F., Hsu C S (2006), “General method to solution-process multilayer polymer light-emitting diodes”, Applied Physics Letters, 88, 163501 98 110 Tybel T., Ahn C H., and Triscone J M (1999), “Ferroelectricity in thin perovskite films”, Applied Physics Letters, 75, 856 113 111 Uchida H., Takechi K., Nishida S., Kaneko S (1991), “High-mobility and high-stability a-Si:H thin film transistors with smooth SiNx/a-Si interface”, Japanese Journal of Applied Physics, 30, 3691-3694 114 129 112 Valiev K A (1992) The Physics of Submicron Lithography (Microdevices: Physics & Fabrication Technologies) Springer-Verlag New York Inc, American Mới 113 Walker D., Thomas P A and Collins S P (2009), “A comprehensive investigation of the structural properties of ferroelectric PbZr0.2Ti0.8O3 thin films grown by PLD”, Physica Status Solidi (a), 206, 1799-1803 116 114 Wang T T., Herbert J M , Glass A M (1998), The Applications of Ferroelectric Polymers, Blackie, Glascow and London 115 115 Waser R., Böttger U., Tiedke S (2005), “Polar Oxides: Properties, Characterization and Imaging”, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Germany 118 116 Wilk G D., Wallace R M., Anthony J M (2001), “High-k gate dielectrics: current status and materials properties considerations”, Journal of Applied Physics, 89, 52435275 119 117 Woodward D I., Knudsen J., and Reaney I M (2005), “Review of crystal and domain structures in the PbZrxTi1−xO3 solid solution”, Physical Review, B72: 104110 120 118.Wu Y Y., Wang X H., and Li L T (2010), “Ferroelectric and dielectric properties of La/Mn co-doped Bi4Ti3O12 ceramics”, Chinese Physics B 19 (3), 037701 121 119 Xu Y (1991), “Ferroelectric materials and their applications, Elsevier Science Publisher”, North – Holland, Tokyo-Paris-New York 122 120 Yagubizade H., Darvishi M., Chen Y Y., Nguyen M D., Dekkers J M., Wiegerink R J., Elwenspoek M C and Tas N R (2013), Applied Physics Letters, 102 063509 123 121 Yan F., Bao P., Chan H L W., Choy C L., and Wang Y (2002), “The grain size effect of Pb(Zr0.3Ti0.7)O3 thin films”, Thin Solid Films 406, 282 124 122 Yang J K., Kim W S., and Park H H (2001), “Effect of grain size of Pb(Zr0.4Ti0.6)O3 sol-gel derived thin films on the ferroelectric poperties”, Applications of Surface Science, 169, 544 125 123 Yokoyama S., Honda Y., Morioka H., Okamoto S., Funakubo H., Iijima T., Matsuda H., Saito K., Yamamoto T., Okino H., Sakata O., and Kimura S (2005), “Dependence of electrical properties of epitaxial Pb(Zr,Ti)O3 thick films 130 on crystal orientation and Zr/(Zr+Ti) ratio”, Journal of Applied Physics, 98, 094106 126 124 Z.Q Hu, B Ma, S Liu, M Narayanan, U Balachandran (2014), “Ceramic dielectric film capacitors fabricated on aluminum foils by chemical solution deposition”, Materials Research Bulletin 52, 189-193 129 125 Zeks B., Blink R (1974), “Soft Modes in Ferroelectrics and Antiferroelectrics”, Amsterdam, North 127 126 Zhenxing Bi, Zhisheng Zhang and Panfeng Fan (2007), “Characterization of PZT Ferroelectric Thin Films by RF-magnetron Sputtering”, Journal of Physics: Conference 61, 120 – 124 128 131 ... BỘ NHỚ SẮT ĐIỆN 1.1 Bộ nhớ sắt điện 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nhớ sắt điện nƣớc Bộ nhớ sắt điện (Ferroelectric-gate thin-film transistor memory - FGT) có cổng điện mơi sử dụng vật liệu sắt điện. .. TRONG BỘ NHỚ SẮT ĐIỆN 1.1 Bộ nhớ sắt điện 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nhớ sắt điện nƣớc 1.1.2 Bộ nhớ sắt điện transistor hiệu ứng trƣờng (FeFET) 1.1.2.1 Cấu tạo nguyên... 4.1.2.3 Đặc trƣng trì ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ micro mét 104 4.2 Chế tạo khảo sát đặc trƣng ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ nano mét 106 4.2.1 Chế tạo ô nhớ sắt điện với kênh dẫn cỡ nano mét