撓曲電耦合效應(yīng)對鐵電薄膜漏電流的影響.pdf

1、非易失性鐵電存儲器因其抗輻射、高讀寫速度和非易失性等優(yōu)良特性有著廣泛的應(yīng)用潛力，被公認(rèn)為下一代存儲器之一。引起了廣大科學(xué)家與研究人員的關(guān)注。然而目前已商業(yè)化基于鐵電電容的鐵電隨機(jī)存儲器FeRAM有著存儲密度低的缺點(diǎn)。為提高存儲密度，一般采用減小鐵電薄膜尺寸的辦法，而鐵電薄膜尺寸減小后會存在一系列的失效問題，如保持性能損失，印記、疲勞等。雖然疲勞和印記問題可以通過改變鐵電材料、電極材料等方式解決，但是鐵電薄膜保持性能損失的問題一直沒能得到

2、有效解決。而納米尺度的鐵電薄膜漏電流是鐵電保持性能損失的原因之一。由于鐵電存儲器為多層結(jié)構(gòu)，鐵電薄膜漏電流產(chǎn)生機(jī)制復(fù)雜。最近研究表明納米化的鐵電薄膜中存在很大的應(yīng)變梯度，應(yīng)變梯度與極化之間的耦合對鐵電薄膜性能有很大的影響。不均勻應(yīng)變會影響極化的大小，如此在鐵電薄膜內(nèi)也會產(chǎn)生內(nèi)電場，內(nèi)電場勢必影響鐵電薄膜內(nèi)帶電粒子的分布和輸運(yùn)，進(jìn)而影響鐵電薄膜漏電流。因此本文采用考慮撓曲電效應(yīng)及帶電粒子漂移擴(kuò)散的相場模擬的方法，研究了撓曲電耦合效應(yīng)對鐵電

3、薄膜載流子分布及漏電流的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立了考慮撓曲電效應(yīng)及帶電粒子漂移擴(kuò)散的相場模型。驗(yàn)證了單疇納米線BaTiO3中束縛電荷對其電子輸運(yùn)有一個整流二極管的作用，而這種作用隨著束縛電荷的增加而增強(qiáng)，開關(guān)比越來越大。⑵以Pb(Zr0.1Ti0.9)O3為研究對象，在考慮了撓曲電效應(yīng)情況下，研究了外延應(yīng)變下及在局部力作用下的只有單疇結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的漏電流。發(fā)現(xiàn)撓曲電耦合效應(yīng)對外延應(yīng)變下單疇鐵電薄膜漏電流影響不顯著，應(yīng)

4、變梯度還是較小，而在局部力作用下，且單疇方向與力方向相反時，鐵電薄膜漏電流較大的變化，這是因?yàn)榫植苛ψ饔孟庐a(chǎn)生了很大的應(yīng)變梯度，導(dǎo)致力作用下鐵電薄膜電勢降低空穴載流子大量聚集，在作用力低于鐵電薄膜臨界翻轉(zhuǎn)應(yīng)力情況下，鐵電薄膜漏電流隨壓應(yīng)力增大而增大。⑶分別研究了撓曲電系數(shù) f11及 f12對只有多疇Pb(Zr0.1Ti0.9)O3結(jié)構(gòu)鐵電薄膜漏電流的影響。f11所描述的是極化與縱向應(yīng)變梯度的之間耦合，會導(dǎo)致鐵電薄膜內(nèi)電勢的降低，增加載流