本发明涉及铁电电容器件，尤其涉及一种基于晶面工程化电极的氧化铪基铁电电容器件及其制备方法和应用。
背景技术：
1、铪基铁电薄膜是新一代铁电存储器的核心材料，已经受到广泛研究。它可以用于制备高密度、高速、低功耗的铁电电容和铁电晶体管(fefet)，并成为新型半导体存储器发展的重要方向。
2、目前铪基铁电电容循环耐久性仍无法满足实用化需求，更无法替代近乎无穷寿命的动态随机存储器(dram)。不同电极及其组合、元素掺杂、界面插层、超晶格结构等方法被报道用于提升铁电电容耐久性，但受限于界面电荷注入、界面化学、氧空位浓度之间复杂平衡关系及其对铪基铁电电容性能的多重影响，其耐久性的提升仍十分有限。现有技术关于电极优化的方法主要聚焦在不同电极及其组合，但这种方法会导致出现多重变量，界面电荷注入、界面化学及相变退化疲劳等问题难以协同解决。
技术实现思路
1、本发明旨在至少一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种基于晶面工程化电极的氧化铪基铁电电容器件及其制备方法和应用。该制备方法通过改变生长动力学过程调控电极晶面取向及微观结构，利用电极材料各向异性，实现电极的界面势垒、氧空位浓度等的调控，进而在不更换电极的情况下实现氧化铪基铁电电容界面电荷注入、界面化学、界面氧压及界面面外应力等的协同解决，实现铁电性及耐久性的协同提升。
2、为此，本发明第一方面提供了一种基于晶面工程化电极的氧化铪基铁电电容器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
3、提供衬底；
4、在所述衬底的一面通过第一射频磁控溅射处理得到底电极层；
5、在所述底电极层远离衬底的表面设置氧化铪基铁电层；
6、在所述氧化铪基铁电层远离底电极层的表面通过第二射频磁控溅射处理得到顶电极层；
7、所述第一射频磁控溅射处理和第二射频磁控溅射处理的气体压强独立地为0.8mtorr-1.7mtorr，溅射功率独立地为80w-200w。
8、本发明提供的制备方法在氧化铪基铁电层的两侧分别沉积顶电极、底电极，通过控制顶电极和底电极磁控溅射时的生长动力学条件(工作气压、溅射功率)来改变顶电极和底电极的生长方向，获得择优生长的电极晶面及微观结构，从而改善电极层和铁电层的界面接触，实现电极/铁电界面势垒高度、界面化学、界面氧压及纳米力学性能的调控，进而对氧化铪基铁电电容氧空位浓度、剩余极化、循环耐久性实现调控。
9、根据本发明的实施例，所述氧化铪基铁电层的材质包括hf1-xmxo2，其中，m包括zr、si、al、la、sr、mg、y、gd中的至少一种，0.01≤x≤0.99。
10、根据本发明的实施例，所述氧化铪基铁电层通过原子层沉积、磁控溅射、脉冲激光沉积中的至少一种得到。
11、根据本发明的实施例，所述底电极层和顶电极层的材质相同，包括具有各向异性的材料。
12、根据本发明的实施例，所述底电极层和顶电极层的材质相同，包括氮化钛、氮化钽、钨中的至少一种。
13、根据本发明的实施例，所述衬底的材质包括硅、二氧化硅、氧化铝、镧锶锰氧、钛酸锶、聚酰亚胺、云母中的至少一种。
14、根据本发明的实施例，所述氧化铪基铁电层的厚度为1nm-100nm。
15、根据本发明的实施例，所述底电极层和顶电极层的厚度独立地为1nm-200nm。
16、根据本发明的实施例，所述衬底的厚度为200μm-1mm。
17、根据本发明的实施例，所述制备方法进一步包括：在所述氧化铪基铁电层远离底电极层的表面通过第二射频磁控溅射处理得到顶电极层，进行退火处理。
18、根据本发明的实施例，所述退火处理的温度为400℃-750℃。
19、根据本发明的实施例，所述退火处理的时间为10s-60s。
20、根据本发明的实施例，所述退火处理在惰性气氛下进行。
21、本发明第二方面提供了一种根据第一方面所述的制备方法得到的氧化铪基铁电电容器件，所述顶电极和/或底电极的(111)/(200)面比为(0.95-10)：1。
22、本发明提供的氧化铪基铁电电容器件通过电极材料的晶面工程优化，利用电极材料的各向异性获得电极表面的表面能、暴露原子及电子结构等的优化，进而改变其电荷转移特性和抗氧化能力，最终在不更换电极材料的情况下实现电极-铁电界面势垒优化，协同解决氧化铪基铁电电容界面电荷注入、界面化学、界面氧压等问题，提升铁电器件的综合性能。
23、本发明第三方面提供了根据第一方面所述的制备方法得到的氧化铪基铁电电容器件或第二方面所述的氧化铪基铁电电容器件在先进存储、逻辑运算、类脑计算领域中的应用。
24、本发明相对于现有技术的有益效果：
25、本发明首次提出采用晶面工程化电极策略对氧化铪基铁电电容的剩余极化和循环耐久性进行调控，通过调节电极晶面取向和界面状态，可以使用单一电极材料逐步丰富铁电行为，可以有效控制其他变量引入，在优化铁电电容循环耐久性方面便于实现氧化铪基铁电电容界面电荷注入、界面化学、界面氧压及界面力学特性的协同解决，进而协同提升器件循环耐久性。本发明的提出对铁电器件性能调控与优化具有重要意义，将为铁电器件在先进存储、逻辑运算及类脑计算等领域的应用提供重要支撑。
26、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.一种基于晶面工程化电极的氧化铪基铁电电容器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铪基铁电层的材质包括hf1-xmxo2，其中，m包括zr、si、al、la、sr、mg、y、gd中的至少一种，0.01≤x≤0.99；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述底电极层和顶电极层的材质相同，包括具有各向异性的材料；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底的材质包括硅、二氧化硅、氧化铝、镧锶锰氧、钛酸锶、聚酰亚胺、云母中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铪基铁电层的厚度为1nm-100nm；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法进一步包括：在所述氧化铪基铁电层远离底电极层的表面通过第二射频磁控溅射处理得到顶电极层，进行退火处理。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为400℃-750℃；
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理在惰性气氛下进行。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的氧化铪基铁电电容器件，其特征在于，所述顶电极和/或底电极的(111)/(200)面比为(0.95-10)：1。
10.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的氧化铪基铁电电容器件或权利要求9所述的氧化铪基铁电电容器件在先进存储、逻辑运算、类脑计算领域中的应用。