In dieser Arbeit werden das Wachstum und die Charakterisierung der Heterostruktur eines FeFET auf der Grundlage von BaSnO3, LaInO3 und (K,Na)NbO3 Schichten untersucht. Für jedes Material wurden die Wachstumsbedingungen bestimmt und im Hinblick auf die strukturellen und elektrischen Eigenschaften optimiert. Epitaktische BaSnO3 Filme, die auf SrTiO3 Substraten gewachsen sind, weisen eine hohe Dichte an Versetzungen auf, die ihre elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen. Die Verwendung von NdScO3 Substraten und Einführung einer SrSnO3 Pufferschicht verbesserten die strukturellen und elektrischen Eigenschaften der BaSnO3 Schichten. Dies ermöglichte schließlich Untersuchungen an der LaInO3/BaSnO3 Grenzfläche. Schon eine geringe La-Dotierung der BaSnO3 Schicht von 0,3 % führte zur Bildung eines 2DEG nach der Grenzflächenbildung und damit zum Einschluss von Elektronen an der Grenzfläche. Dies konnte durch C-V, Van-der-Pauw und Hall-Effekt-Messungen eindeutig nachgewiesen werden. Eine deutliche Verbesserung der strukturellen und elektrischen Eigenschaften der BaSnO3 Schichten wurde durch die Verwendung von LaInO3:Ba Substraten erreicht. Diese sind gitterangepasst an BaSnO3, sodass zum ersten Mal vollständig verspannte Schichten ohne Versetzungen gewachsen werden konnten.
Strukturelle und elektrische Eigenschaften von (K,Na)NbO3 Schichten wurden auf SrRuO3/DyScO3 und SrTiO3:Nb-Substraten untersucht. Auf diese Weise wurden der Einfluss der Gitterdehnung auf die kritische Schichtdicke und die Prozesse der plastischen Relaxation des Gitters bestimmt. Die elektrische Charakterisierung ergab einen hohen Leckstrom, der durch strukturelle Defekte verursacht wird.
Die gesamte FeFET Heterostruktur wurde auf LaInO3:Ba Substraten gewachsen und untersucht. BaSnO3 und LaInO3 Schichten wuchsen kohärent, während (K,Na)NbO3 Schichten eine plastische Gitterrelaxation aufwiesen. Das führte zur Bildung von Strukturdefekten und zu einer Verschlechterung der ferroelektrischen Eigenschaften. / In this thesis, the design, growth and characterisation of the heterostructure of a FeFET based on BaSnO3, LaInO3 and (K,Na)NbO3 thin films are investigated. For each material, the growth conditions were determined and optimised with respect to their structural and electrical properties. Epitaxial BaSnO3 thin films grown on SrTiO3 substrates exhibit a high density of threading dislocations, which degrade their electrical properties. The use of NdScO3 substrates and the introduction of a SrSnO3 buffer layer improved the structural and electrical properties of the BaSnO3 thin films. This finally allowed investigations on the LaInO3/BaSnO3 heterointerface. Even a low La doping of the BaSnO3 layer of 0.3 % led to the formation of a 2DEG after interface formation and thus to the confinement of electrons at the interface. This could be clearly demonstrated by C-V, Van-der-Pauw and Hall effect measurements. A significant improvement of the structural and electrical properties of the BaSnO3 thin films was achieved by using LaInO3:Ba substrates. These are lattice-matched to BaSnO3 so that, for the first time, fully strained thin films could be grown without dislocations.
Structural and electrical properties of (K,Na)NbO3 thin films were investigated on SrRuO3/DyScO3 and SrTiO3:Nb substrates. In this way, the influence of lattice strain on the critical film thickness and plastic lattice relaxation were determined. Their electrical characterisation revealed a high leakage current caused by structural defects.
Therefore, the entire FeFET heterostructure was grown and investigated on LaInO3:Ba substrates. The BaSnO3 and LaInO3 thin films were grown coherently, while the (K,Na)NbO3 thin films exhibited plastic lattice relaxation. This led to the formation of structural defects and consequently to a deterioration of their ferroelectric properties.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/25492 |
| Date | 23 June 2022 |
| Creators | Pfützenreuter, Daniel |
| Contributors | Schmidbauer, Martin, Fischer, Saskia, von Wenckstern, Holger |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY 4.0) Attribution 4.0 International, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| Relation | 10.1088/1361-6528/ac291c |
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