Contrôle local et imagerie de domaines ferroélectriques dans de couches HfZrO2 à l’aide de la microscopie à force piézoélectrique (PFM) et la microscopie d’électrons (LEEM-PEEM)

Sujet détaillé

Les matériaux ferroélectriques sont caractérisés par l’existence d’une polarisation électrique spontanée, dont l’orientation peut être inversée par l’application d’un champ électrique externe. Cette propriété trouve une application importante dans des technologies de l’information, notamment dans des mémoires non-volatiles (NVM) où l’on peut coder l’information sous la forme d’un domaine ferroélectrique, i.e. une région du matériau avec une certaine orientation de la polarisation (P ‘up’ ou P ‘down’) correspond à un état d’information (1 ou 0).

Actuellement, l’oxyde d’hafnium et de zirconium (HfZrO2) s’avère le matériau le plus prometteur pour la fabrication des NVM grâce à sa compatibilité prouvée avec les procès CMOS standards. L’HZO ouvre la voie au stockage de masse de très haute densité (>10 Tbit/in²) du fait qu’il conserve ses propriétés ferroélectriques à des épaisseurs de couche très faibles (< 10 nm), ce qui permet plus de domaines polarisés par unité de surface.

La taille d’un domaine dans une couche ferroélectrique HZO est d’environ quelques nm, ce qui rend leur étude complexe. Nous proposons d’utiliser la microscopie à force piézoélectrique (PFM) pour les examiner, en raison de sa résolution au niveau nanométrique et de sa haute sensibilité. Nous emploierons un mode particulier de la technique qui permet l’écriture locale des domaines et leur imagerie subséquente. Cela nous permettra d’étudier les phénomènes d’injection de charge et de changement de polarisation. Cette analyse sera accompagnée par une étude avec microscopie d’électrons LEEM (Low-Energy Electron Microscopy) et spectromicroscopie PEEM (Photoemission electron microscopy) qui permettra de caractériser le potentiel de surface, une propriété inhérente au matériel. Nous souhaitons mettre en évidence l’influence de la présence (absence) d’une électrode métallique au-dessus de la couche ferroélectrique dans les mécanismes électrostatiques mentionnés.

Lieu du stage

CEA-Saclay, (91) Essonne, France

Conditions de stage

• Durée du stage : 5-6 mois
• Niveau d’étude requis : Bac+4/5
• Formation : Ingénieur/Master
• Poursuite possible en thèse : Oui
• Date limite de candidature : 30 novembre 2024

Responsable du stage

Tuteur

Lucia PEREZ RAMIREZ
Tél. : 01 69 08 47 27
Email :

Responsable

Nick BARRETT
Tél. : 01 69 08 32 72