在铁电电滞回线的测量过程中，电路和器件中的寄生因素会对器件的铁电性能表征产生一定的影响。比如漏电，电阻-电容（RC）延迟，阻变效应，退极化场等会使电滞回线测试异常。随着驱动频率的增加，会导致矫顽场（Ec）的增大，P-V回线趋于圆形等问题。因此为了研究高频下铁电的本征特性，需要充分考虑并尽量排除寄生因素对P-V回线测试的影响。

近日，中国科学院微电子研究所吕杭炳课题组在10nm厚的Hf0.5Zr0.5O2（HZO）铁电薄膜上进行了宽频率范围的Positive-Up–Negative-Down（PUND）测量，并考虑了寄生因素对P-V回线测量的影响。对铁电电容器极化反转时的漏电流和RC延迟进行了综合考虑。特别分析了高驱动频率下（>1 MHz）P-V回线趋于圆形的问题，这是由RC延迟和信号通道的数据采集不匹配引起的，并根据延迟时间对极化电流进行校准，获得了合理的P-V回线。这项工作提供了一种有效的方法来研究高频范围内铁电材料畴翻转和极化反转的动态过程，为研究铁电薄膜高频下的物理性质开辟了一条新的途径。

图1. 频率对铁电性的依赖。（a）和（b）对10 nm HZO薄膜施加不同的频率（1 Hz-1 M Hz）和不同电压（2.0 V-5.0 V）得到的Pr和Ec。

图2. 对Pt/(10nm)HZO/NSTO电容器在1 MHz频率下的P-V回线进行校准。（a，b）在驱动频率为1 MHz时10 nm HZO薄膜上测得的PUND数据。将电流数据（蓝线）向左移动一段时间（T）获得校准后的电流数据（橙色线）。（c-f）分别用不同的时间T = 30 ns，60 ns，90 ns和120 ns对10 nm HZO薄膜进行校准后得到薄膜的I-V曲线和相对应的P-V回线。

Frequency dependence on polarization switching measurement in ferroelectric capacitors

Zhaomeng Gao, Shuxian Lyu, Hangbing Lyu

J. Semicond. 2022, 43(1): 014102

doi: 10.1088/1674-4926/43/1/014102

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/43/1/014102