層狀結(jié)構(gòu)鐵電存儲(chǔ)器的研究.pdf

1、本論文包含鐵電薄膜及鐵電存儲(chǔ)器研究現(xiàn)狀的評(píng)論、對(duì)鐵電陶瓷的燒結(jié)、BIT薄膜材料的改良、層狀結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的制備及材料的晶相結(jié)構(gòu)測(cè)試分析以及層狀結(jié)構(gòu)鐵電薄膜界面電特性的研究。主要內(nèi)容如下：1）用特殊的固態(tài)反應(yīng)燒結(jié)工藝制備了PZT及BNT鐵電陶瓷。通過用XRD及SEM分析了鐵電陶瓷的晶相結(jié)構(gòu)，用RT66鐵電測(cè)試儀測(cè)定了鐵電陶瓷的電滯回線，分析結(jié)果表明，研究表明，采用在800℃預(yù)燒、保溫2小時(shí)，1100℃終燒、保溫12h的燒結(jié)工藝，所得的BNT

2、鐵電陶瓷純度高,致密性好、晶粒均勻,具有良好的鐵電性能。2）討論了準(zhǔn)分子激光淀積鐵電薄膜的基本原理，研究了準(zhǔn)分子激光淀積多層結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的制備工藝，成功地在p-Si(100)基片上淀積了BIT、PZT/BIT和BIT/PZT/BIT等多層結(jié)構(gòu)鐵電薄膜。研究了鐵電薄膜的晶相結(jié)構(gòu)及表面形貌，測(cè)試了這三種鐵電薄膜的電滯回線。結(jié)果表明，所制備的鐵電薄膜具有較優(yōu)的鐵電性能。3）用脈沖激光淀積方法在硅底片上淀積具有較好的c-軸取向的釹置換鉍的Bi4

3、-xNdxTi3O12薄膜，研究了不同的釹摻量及淀積工藝對(duì)BNT薄膜的鐵電性能的影響，結(jié)果表明，當(dāng)釹摻量x=0.8時(shí)，退火溫度為680℃時(shí)，薄膜具有較優(yōu)的c-軸取向，在應(yīng)用電壓為10V,測(cè)試頻率為1MHz下，其剩余極化（Pr）及矯頑場(chǎng)（Ec）分別達(dá)到27μC/cm2和70kV/cm。研究還表明，Nd充分替代Bi后的Bi3.20Nd0.80Ti3O12薄膜增強(qiáng)了抵抗極化疲勞的能力，疲勞測(cè)試結(jié)果表明在開關(guān)次數(shù)達(dá)到1010后仍有較好的抗疲勞特

4、性。4）制備了極薄鐵電薄膜Au/BIT/p-Si（100）結(jié)構(gòu)與Au/PZT/p-Si（100）并對(duì)其微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，對(duì)極薄鐵電薄膜的I-V曲線的溫度特性進(jìn)行了物理解釋，分別對(duì)負(fù)電壓區(qū)的I-T曲線及正電壓區(qū)的I-V曲線進(jìn)行了擬合，得出兩個(gè)結(jié)論：一是在負(fù)電壓區(qū)，電流I與溫度T有關(guān)，I-T關(guān)系可用擬合曲線方程I=Aexp（b/T）表示，其漏電流的輸運(yùn)機(jī)制可能主要是界面態(tài)或高密度陷阱態(tài)的復(fù)合有關(guān)，這可能是極薄薄膜的特點(diǎn)。二是在正電壓區(qū)，電流

5、I與溫度T無關(guān)，與V2成正比，這與SCLC空間的電荷限制電流I=kV2關(guān)系是一致的。5）對(duì)多層結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的界面電位降及界面能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，建立了一條修正的經(jīng)驗(yàn)冪定律I=A(ξV)n和一個(gè)層狀鐵電薄膜電流密度-電壓(I-V)曲線的近似公式，它包括了的非線性系數(shù)n和界面電位降特征參數(shù)ξ。由修正的經(jīng)驗(yàn)冪定律和I-V曲線近似公式算出界面電位降Vi與由電容理論及C-V曲線算出的結(jié)果是一致的。6）由C-V曲線理論算出界面電位降Vi，結(jié)果表明，

6、界面電位降與測(cè)量電容、薄膜電容及耗盡層電容有關(guān)。在三種結(jié)構(gòu)中，BIT/PZT/BIT結(jié)構(gòu)的界面電壓降為最小，其界面效應(yīng)優(yōu)于單層和雙層結(jié)構(gòu)的界面效應(yīng)。7）討論了多層鐵電薄膜界面內(nèi)建電壓，其中Au/BIT/PZT/TBIT/p-Si(100)的ΔVb最小而Au/BIT/p-Si(100)的ΔVb最大，但Au/BIT/PZT/TBIT/p-Si(100)的ΔVb與Au/BIT/p-Si(100)的ΔVb相差不多。Au/BIT/PZT/TBIT

7、/p-Si(100)的I-V特性曲線非對(duì)稱的整流特性和P-V回線的刻印失效（imprintfailure）是最小的而Au/BIT/p-Si(100)的則是最大的。8）設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)新的存儲(chǔ)二極管，它是由準(zhǔn)分子激光制備的多層鐵電薄膜Au/BIT/PIT/BIT/P-Si（100）結(jié)構(gòu)的MFS。測(cè)量它的鐵電電滯回線，C-V特性曲線，C-t特性曲線，I-V特性曲線，與V的特性曲線以及它們之間相互關(guān)系，分析了P-V回線及I-V回線中的Vc、P